Forskere bruker stråler av myoner for å analysere den elementære sammensetningen av Asteroid Ryugu-prøver

Steinprøver brakt tilbake til jorden fra asteroiden Ryugu har fått sin elementære sammensetning analysert ved hjelp av en kunstig generert myonstråle fra partikkelakseleratoren i J-PARC. Forskere fant en rekke viktige elementer som trengs for å opprettholde liv, inkludert karbon, nitrogen og oksygen, men fant også at oksygenmengden i forhold til silisium i asteroiden Ryugu var forskjellig fra alle meteoritter som er funnet på jorden, rapporterer en ny studie i Vitenskap.

I 2014 ble den ubemannede asteroideutforskeren Hayabusa 2 skutt opp i verdensrommet av Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) med et oppdrag å bringe tilbake prøver fra asteroiden Ryugu, en type C-asteroide som forskerne mente var rik på karbon. Etter å ha landet på Ryugu og samlet inn prøver, returnerte Hayabusa 2 til jorden i desember 2020 med prøvene intakte.

Siden 2021 har forskere kjørt de første analysene av prøvene, ledet av University of Tokyo professor Shogo Tachibana. Delt inn i flere team har forskere studert prøvene på forskjellige måter, inkludert steinformer, elementær fordeling og mineralsammensetning.

I denne studien, ledet av Tohoku-universitetsprofessor Tomoki Nakamura, professor Tadayuki Takahashi og doktorgradsstudent Shunsaku Nagasawa ved Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), University of Tokyo, i samarbeid med High Energy Accelerator Research Organization (KEK) Institute for Materials Structure Science, Osaka University, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Kyoto University, International Christian University, Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), og Tohoku University, har brukt elementæranalysemetoder ved å bruke negative myoner, elementære partikler produsert av akseleratoren hos J-PARC.

De brukte elementanalysemetoden ved å bruke negative myoner på steiner fra asteroiden Ryugu, og lyktes i ikke-destruktivt å bestemme deres elementære sammensetninger.

Dette var viktig, for hvis asteroider i solsystemet ble bygget i begynnelsen av dannelsen av selve solsystemet, ville de fortsatt holde tilbake informasjon om gjennomsnittet elementær sammensetning på den tiden, og derfor av hele solsystemet.

Analyse av meteoritter som har falt til jorden har blitt utført tidligere, men det er mulig disse prøvene har blitt forurenset av jordens atmosfære. Så inntil Hayabusa 2 var det ingen som visste hva den kjemiske sammensetningen til en asteroide var.

Men forskerne sto overfor en utfordring. På grunn av den begrensede mengden prøver og det store antallet andre forskere som ønsket å studere dem, måtte de finne en måte å kjøre analysene sine uten å skade dem, slik at prøvene kunne sendes videre til andre grupper.

Teamet hadde utviklet en ny metode, som innebar å skyte en kvantestråle, eller spesifikt en stråle av negative myoner, produsert av en av verdens største høyenergipartikkelakseleratorer J-PARC i Ibaraki prefektur, Japan, for å identifisere de kjemiske elementene i sensitive prøver uten å knekke dem.

Takahashi og Nagasawa brukte deretter statistiske analyseteknikker i røntgenastronomi og partikkelfysikkeksperimenter for å analysere myonkarakteristisk røntgen.

Myoner er en av de elementære partiklene i universet. Deres evne til å trenge dypere inn i materialer enn røntgenstråler gjør dem ideelle i materialanalyse. Når en negativ myon fanges opp av den bestrålte prøven, dannes et muonatom. De muoniske røntgenstrålene som sendes ut fra de nye muoniske atomene har høy energi, og kan derfor oppdages med høy følsomhet. Denne metoden ble brukt til å analysere Ryugu-prøvene.

Men det var en annen utfordring. For å forhindre at prøvene ble forurenset av jordens atmosfære, måtte forskerne holde prøvene ute av kontakt med oksygen og vann i luften. Derfor måtte de utvikle et eksperimentelt oppsett, foringsrør prøven i et kammer av heliumgass. De indre veggene i kammeret ble foret med rent kobber for å minimere bakgrunnsstøyen ved analyse av prøvene.

I juni 2021 ble 0,1 gram Ryugu-asteroide brakt inn i J-PARC, og forskerne kjørte deres muon-røntgenanalyse, som produserte et energispektrum. I den fant de elementene som trengs for å produsere liv, karbon, nitrogen og oksygen, men de fant også at prøven hadde en sammensetning som likner sammensetningen til karbonholdige kondritter (CI-kondritt) asteroider, som ofte omtales som standarden for faste stoffer. i solsystemet. Dette viste at Ryugu-steinene var noen av de tidligste steinene som ble dannet i vårt solsystem.

Men selv om sammensetningen var lik CI-kondrittene, var Ryugu-prøvens oksygenmengde i forhold til silisium omtrent 25 prosent mindre enn for CI-kondritten. Forskerne sier at dette kan indikere at overskuddet av oksygen i forhold til silisium i CI-kondritter kan ha kommet fra forurensning etter at de kom inn i jordens atmosfære. Ryugu-steiner kan sette en ny standard for materie i solsystemet.

---

---

Levert av Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe