Figura 1:espectros de 203 Pompeja e 269 de Justitia. O eixo horizontal marca o comprimento de onda, enquanto o eixo vertical mostra a intensidade da refletância, normalizado para aquele em um comprimento de onda de 0,55 mícrons. Comprimentos de onda mais longos têm uma intensidade maior, que é considerado mais "vermelho". Se a intensidade diminui com o aumento do comprimento de onda, o espectro fica mais "azul". Crédito:Hasegawa et al. 2021
Dois asteróides (203 Pompeja e 269 Justitia) foram descobertos com um espectro mais vermelho do que qualquer outro objeto no cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter. A descoberta foi liderada por HASEGAWA Sunao, Pesquisador Associado Sênior da ISAS JAXA, com uma equipe internacional de pesquisadores do MIT, a Universidade do Havaí, Universidade Nacional de Seul, Universidade de Kyoto e Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Esses dois asteróides têm uma inclinação espectral mais íngreme do que os asteróides do tipo D, que foram considerados os objetos mais vermelhos do cinturão de asteróides. Em vez, seus espectros se assemelham aos de objetos transnetunianos e centauros no sistema solar externo que têm um espectro muito vermelho.
As observações espectroscópicas sugerem a presença de matéria orgânica complexa na superfície desses asteróides. É possível que esses objetos tenham se formado próximo à borda externa do sistema solar e migrado para o cinturão de asteróides durante os primeiros estágios da formação do sistema solar. Esta descoberta, portanto, fornece novas evidências de que os planetesimais formados na borda externa do sistema solar se moveram para o cinturão de asteróides dentro da órbita de Júpiter.
Os resultados desta pesquisa foram publicados no Cartas de jornal astrofísico , um jornal acadêmico da American Astronomical Society (AAS), em 26 de julho, 2021.
Fundo
A estrutura interna de um grande planeta como a Terra é diferenciada no núcleo, manto e crosta. Contudo, corpos tão diferenciados que perderam a maior parte das informações sobre sua formação antes da diferenciação que ocorreu durante os primeiros estágios da formação do sistema solar. Para obter informações sobre essa época, precisamos examinar objetos indiferenciados (primitivos). Acredita-se que alguns meteoritos que pousaram na Terra tenham sido ejetados de corpos menores primitivos, como asteróides. Meteoritos condritos comuns e meteoritos condritos carbonáceos são exemplos típicos. Acredita-se que os condritos comuns sejam derivados de corpos celestes formados na região interna do sistema solar, dentro da linha de água, gelo, neve, enquanto se pensa que os condritos carbonáceos se formaram na região externa, além da linha de gelo de água e neve.
Sabe-se que tais objetos primitivos ocupam a maior parte do cinturão de asteróides (entre 2,1 a 3,3 unidades astronômicas, AU) que fica no sistema solar entre Marte (a 1,5 au) e Júpiter (5,2 au). Os asteróides que correspondem aos meteoritos condritos comuns na Terra são chamados de asteróides do tipo S, e uma amostra de um membro desta classe do tipo S, asteróide 25143 Itokawa, foi devolvido à Terra pelo Hayabusa (MUSES-C). Os asteróides que se pensa corresponderem a meteoritos condritos carbonáceos são conhecidos como asteróides do tipo C e a amostra do asteróide 162173 Ryugu devolvida pela nave espacial Hayabusa2 é um exemplo desta classe de asteróides.
A distribuição de asteróides do tipo S / C dentro do cinturão de asteróides tem uma grande proporção de asteróides do tipo S na parte interna do cinturão de asteróides, enquanto a proporção do asteróide tipo C aumenta em direção à borda externa. Este arranjo é esperado, mas não é uma distribuição "nítida", mas sim "turva". A observação desta distribuição é considerada evidência de que os asteróides se moveram em uma direção radial através do sistema solar e se misturaram durante a formação do cinturão de asteróides que vemos hoje.
Mais adiante, no sistema solar, estão os asteróides do tipo D. Fora do cinturão de asteróides está um grupo de pequenos corpos conhecidos como Cybeles (3,3 a 3,7 au), que consiste predominantemente em asteróides do tipo D. Os asteróides do tipo D também formam metade da população de objetos no grupo Hilda mais distante (3,7-4,2 au) e dos cavalos de Tróia de Júpiter (cerca de 5,2 au). O meteorito Tagish Lake é considerado um meteorito relacionado ao tipo D e sua análise sugere que é o mais primitivo dos condritos carbonáceos. Os asteróides do tipo D também são conhecidos por terem um espectro semelhante ao dos cometas, que são conhecidos por conterem muitos componentes voláteis, como água e dióxido de carbono. A julgar pela análise do meteorito Tagish e pelos resultados da observação do cometa, acredita-se que asteróides do tipo D foram formados além da linha de neve de dióxido de carbono, onde o dióxido de carbono formou partículas sólidas (bem como gelo de água).
Olhando para a borda externa do sistema solar em torno de Netuno, existem muitos objetos transnetunianos e centauros que se assemelham aos asteróides do cinturão de asteróides. Alguns desses objetos chegaram nas proximidades da Terra como cometas, mas permanece a questão de saber se há algum objeto no cinturão de asteróides que tenha migrado de mais longe, onde os asteróides do tipo D foram formados durante os primeiros estágios da formação do sistema solar.
Resultados da pesquisa
No cinturão de asteróides, asteróides com tamanhos acima de ~ 100 km de diâmetro são geralmente considerados como tendo evitado a destruição catastrófica e são considerados a população sobrevivente de planetesimais que se formaram no início da formação do sistema solar. Nossa equipe de pesquisa internacional, portanto, conduziu uma pesquisa espectroscópica de asteróides com diâmetros de ~ 100 km ou mais no cinturão de asteróides para adquirir dados espectroscópicos do infravermelho próximo para objetos que não obtiveram dados observacionais anteriormente, a fim de descobrir a distribuição dos planetesimais e a composição de tais objetos durante a formação do cinturão de asteróides.
Na pesquisa espectroscópica, descobrimos que 203 Pompeja, com um diâmetro de 110 km, tem um espectro mais vermelho até do que o dos asteróides do tipo D (Figura 1). Além disso, o exame das observações anteriores revelou que 269 Justitia, com um diâmetro de 55 km e cujo espectro muito vermelho já havia sido registrado, tem uma vermelhidão semelhante à de 203 Pompeja (fig. 1).
Na figura à esquerda, os espectros típicos dos asteróides próximos da Terra atualmente conhecidos, asteróides do cinturão de asteróides e asteróides de Trojan que são asteróides escuros com um albedo (refletância absoluta) de 0,1 ou menos são comparados com os espectros de 203 Pompeja e 269 Justitia. Asteróide 162173 Ryugu é um asteróide do tipo C, enquanto Bennu (destino da missão OSIRIS-REx da NASA) é um tipo B. Os asteróides do tipo D têm os espectros mais vermelhos dos asteróides e são abundantes na população de Tróia. Você pode ver que 203 Pompeja e 269 Justitia são mais vermelhos do que o asteróide tipo D mais vermelho.
Figura 2:Evolução do Sistema Solar. Criado em referência a Neveu &Vernazza, 2019 e DeMeo &Carry, 2014. Crédito:NASA, JAXA
A figura à direita é uma comparação das luas geladas escuras, Centauros e objetos do sistema solar de borda externa com albedo de 0,1 ou menos, com 203 Pompeja e 269 Justitia. Pode ser visto que 203 Pompeja e 269 Justitia têm espectros semelhantes a esses objetos transnetunianos.
Asteróides com um espectro muito vermelho, como 203 Pompeja e 269 Justitia, não foram encontrados anteriormente no cinturão de asteróides, Cybele, Grupos de cavalos de Tróia Hilda ou Júpiter. Mas quando olhamos para a borda externa do sistema solar, esses corpos celestes distantes e centauros são conhecidos por terem espectros semelhantes ou ainda mais vermelhos. The spectroscopic comparison revealed that 203 Pompeja and 269 Justitia share similar spectral characteristics with the outer solar system celestial bodies and those of the Centaurs (Fig. 1).
Previous studies have pointed to the surfaces of the trans-Neptunian objects and Centaurs, which have a redder spectra than the D-type asteroids, being covered with complex organic matter. These two objects in the asteroid belt may therefore also be covered with organic matter.
Scientific significance of this research
The surface of trans-Neptunian objects and Centaurs are covered with complex organics, which are thought to be produced from simple organic compounds such as methane and methanol ice.
Por outro lado, the analysis of meteorites thought to correspond to the D-type asteroids suggests that D-type asteroids formed further out than the carbon dioxide snow line.
The three snow lines related to this work are the water ice snow line, the carbon dioxide snow line and the organic compound snow line, and are located steadily further from the sun in this order.
Let's now look at the evolution of planetesimals from the perspective of the solar system formation model. In the classical solar system formation model, the planets did not move from their location during the early stages of formation to the present day. Contudo, more recent models suggest that the movement of planets such as Jupiter in the early solar system caused the gravitational field to shift and mixing to occur.
Combining the idea of the snow lines with the latest solar system formation model, the following can be supposed:
The distribution of asteroids within the asteroid belt show that asteroids with a very red spectra are much less common than D-type asteroids (Figure 2). This is consistent with the location of the snow lines combined with the latest solar system formation model, and is supporting evidence for this model of solar system formation.
Asteroid 162173 Ryugu, from which Hayabusa2 returned a sample, is a C-type asteroid and thought to have formed outside the water ice snow line before moving to a position closer to the Earth (Fig. 2).
Contudo, asteroids 203 Pompeja and 269 Justitia that were discovered here are thought to have been formed near the outer edge of the solar system beyond the distant organic snow line and then moved to the asteroid belt during the early epoch of the solar system's formation (Fig. 2).
By exploring these kinds of objects, it is highly possible that information regarding the outer regions of the solar system beyond the organic compound snow line during the solar system's formation can be obtained without having to travel to the outer edge of the solar system. This is worth considering as candidate destination mission targets in the future.
