La superficie del asteroide Itokawa

Itokawa, el asteroide que visitó la sondaHayabusa, es rocoso, pero su región central está compuesta por arena, piedras y pequeñas rocas, complejo conocido como regolito.

De esta zona, llamada el Mar de las Musas, la sonda tomó la muestra que trajo de regreso a la Tierra, y si bien el análisis de las partículas está en marcha, ya ha arrojado interesantes resultados preliminares.

Sabemos que el 80 por ciento de los meteoritos que caen a la Tierra están compuestos de un material rocoso llamado condritas ordinarios (un grupo de meteoritos pedregosos). También sabemos que Itokawa es un meteorito de tipo S, basado en el análisis del reflejo de la luz solar, una propiedad conocida como reflectancia espectral solar. Como las condritas ordinarias y los asteroides tipo S -ferroso-rocosos- tienen similar reflectancia espectral solar, los científicos especulan que este tipo de meteoritos fueron originados por esos asteroides. Pero como la reflectancia espectral solar entre ambos no coincide al 100 por ciento, no habían sido capaces de demostrarlo.

Los análisis iniciales realizados por los científicos vinculados a JAXA, de las partículas de polvo de Itokawa se basaron en los siguientes cuatro métodos para averiguar si las partículas tienen la misma composición que las condritas ordinarias.

En primer lugar, el profesor Akira Tsuchiyama y su grupo de trabajo, en la Universidad de Osaka, utilizaron un micro-CT escáner de Rayos-X, para realizar un modelo en 3D de la forma y de la estructura interna de las partículas de polvo. También identificaron de qué minerales están hechas las partículas, y realizaron un mapa tridimensional de su distribución espacial.

Acto seguido, el profesor Tomoki Nakamura y su equipo, de Universidad de Tohoku, utilizaron microscopios electrónicos y una técnica de difracción de rayos X, para investigar la composición química específica de los minerales que forman las partículas de polvo. Así obtuvieron que las partículas están compuestas por minerales como el olivino, piroxeno, plagioclasas, troilita (sulfuro de hierro), taenita (una aleación de hierro y níquel) y cromita. Esta combinación de minerales no se encuentra en la Tierra, por lo que es única para condritas ordinarias de origen extraterrestre..

A su turno, el profesor Hisayoshi Yurimoto y su grupo, de la Universidad de Hokkaido, examinaron la relación entre la abundancia de átomos de oxígeno de diferente peso (isótopos). El oxígeno, el elemento principal en la composición de los planetas, tiene tres isótopos de diferentes pesos, y cada planeta tiene diferentes proporciones de abundancia de cada isótopo.

Por último, el profesor Mitsuru Ebihara y su equipo, de la Universidad Metropolitana de Tokio, utilizaron un análisis de activación neutrónica para estudiar la concentración de diferentes elementos en las partículas. En este proceso se bombardea la muestra con neutrones. Mediante la medición de las cantidades diminutas de radiación liberada cuando los neutrones golpean la muestra, los científicos pueden determinar la cantidad precisa de cada elemento en la partícula.

Los estudios determinaron que Itokawa tiene una mineralogía de Tipo LL, variedad que se encuentra en el grupo de las condritas ordinarias, debido a la oxidación, por la abundancia de oxígeno atrapada entre los cristales. Así se prueba que las condritas ordinarias, que con frecuencia golpean la Tierra, proceden de asteroides de clase S.

Usando microscopios electrónicos, los investigadores descubrieron que las partículas de Itokawa tienen cristales rotos y granos blancos, lo que indica que fuertes impactos han derretido parcialmente la roca y produjeron burbujas. Esto significa que el objeto primario del que proviene Itokawa sufrió choques poderosos con otros objetos astronómicos.

Además, los análisis micro-CT de rayos X confirmaron la presencia de partículas con bordes afilados, y otras con bordes redondeados. Los investigadores creen que los bordes afilados fueron causados por partículas angulares, cuando el asteroide original se estrelló contra otro objeto, y que los bordes redondeados fueron causados por las colisiones posteriores con otros asteroides. Cuando un asteroide choca con otro objeto astronómico, el material de la superficie del asteroide se fragmenta en piedras pequeñas, arena y polvo, material conocido como regolito. Es probable que cuando Itokawa chocó con otro asteroide, el impacto sacudió el asteroide de manera que el regolito es llevado a regiones relativamente planas, como el Mar de las Musas, de donde la sonda Hayabusa recogió la muestra.

Análisis de la composición química de las partículas de polvo hallaron evidencia de que el interior del asteroide una vez fue caliente, con una temperatura de alrededor de 800 ° C. Para llegar a ese tipo de temperatura interior, un asteroide tendría que alcanzar alrededor de 20 kilómetros de diámetro, por lo que los científicos estiman que el cuerpo originario de Itokawa tenía ese tamaño. Y creen que el calor en el interior del asteroide fue generado por la desintegración de elementos radiactivos. Hoy, el tamaño de Itokawa es de unos 500 metros de diámetro, sólo el 40 % del diámetro del asteroide originario.

El espacio está lleno de partículas de alta energía (es decir, radiación) procedentes del Sol y de otros objetos fuera de nuestro sistema solar. Las partículas procedentes del Sol son llamadas viento solar, mientras que los de fuera del sistema solar son llamados rayos cósmicos galácticos, y los objetos astronómicos son constantemente bombardeados por ambos tipos de energía. Así que la superficie rocosa de un asteroide es alterado no sólo por el choque con otros objetos, si no también por el viento solar y los rayos cósmicos galácticos, que oscurecen la superficie del asteroide, y le dan la apariencia de estar quemada. Es un fenómeno conocido como “erosión espacial”.

Los científicos creyeron por mucho tiempo que la razón por la que diferían los valores de la reflexión espectral de meteoritos y asteroides, era debido a que los asteroides están sujetos a la erosión espacial. Ahora se ha comprobado científicamente que esa hipótesis era correcta.

Para investigar la erosión espacial en Itokawa, el profesor Takaaki Noguchi y su equipo, de la Universidad de Ibaraki, estabilizaron las partículas colocándolas en una resina, que fue rebanada en secciones transversales ultra delgadas. Entonces estudiaron las secciones transversales, de aproximadamente 0,1 micrones (0,001 mm) de espesor, con un microscopio de electrones. El equipo de investigadores halló manchas blancas brillantes en un área que van desde la superficie de la partícula hasta aproximadamente 50 nm (0,05 µm) en el interior. Fueron identificadas como nanopartículas que contienen hierro, que fueron creadas por la erosión espacial. Los científicos piensan que cuando son cargadas (ionizadas) por partículas de viento solar que golpean la superficie a gran velocidad en el vacío, el impacto crea nanopartículas compuestas principalmente por hierro metálico. Estas nanopartículas con hierro causan los diversos matices de la superficie de Itokawa. Y una condrita que ha sido sometida a la erosión espacial tiene el mismo espectro que un asteroide de tipo S.

Análisis realizados por el profesor Keisuke Nagao y su equipo, de la Universidad de Tokio, detectaron en las partículas de polvo de Itokawa la misma proporción de gases nobles, como el neón, y sus componentes isotópicos como los que se hallan en el viento solar. Esto confirma que Itokawa fue sometido a la erosión espacial. Los gases nobles del viento solar sólo pueden penetrar la parte más expuesta de las partículas de polvo de la superficie. La abundancia de gases nobles nos indica que la superficie de Itokawa ha sido golpeada por el viento solar durante cientos o miles de años, y la ha erosionado en gran medida.

Por otro lado, los estudios no detectaron evidencia alguna de que Itokawa hubiera sido golpeado por los rayos cósmicos galácticos provenientes del exterior de nuestro sistema solar. Los rayos cósmicos galácticos pueden penetrar la superficie de un objeto astronómico a una profundidad de aproximadamente un metro, pero este efecto no se presenta si la superficie ha estado expuesta al medio ambiente del espacio por menos de un millón de años. Esto significa que el polvo de Itokawa analizado por los científicos está en la superficie desde hace menos de un millón de años. Además, hemos aprendido que estas partículas no estaban constantemente en la superficie, si no que se movían entre la superficie y por debajo.

Los científicos especulan que mientras se mueve de esta manera, eventualmente, unos pocos centímetros del polvo de la superficie de Itokawa, impulsados por la erosión espacial, fueron lanzados al espacio cada millón de años. En otras palabras, Itokawa se está achicando. Su diámetro actual es de unos 500 metros, pero si la superficie es reducida a la tasa actual, el asteroide poco a poco se hará más pequeño, y en mil millones de años podría desaparecer por completo.

Simulación del asteroide Itokawa

Así, estos análisis primarios han revelado la historia de la formación de Itokawa.

1. Después del nacimiento del sistema solar, hace unos 4,6 mil millones de años, el polvo y el gas – el material inicial en el sistema solar – se unieron y formaron el cuerpo del que proviene Itokawa.

2. El asteroide padre tenía por lo menos 20 kilómetros de diámetro, y su temperatura interna alcanzó un máximo de alrededor de 800 ° C. Luego, el cuerpo original se enfrió gradualmente.

3. Otros objetos astronómicos pequeños golpearon al asteroide original.

4. El cuerpo principal fue roto completamente por el impacto de las colisiones.

5. La gravedad provocó que algunas de las piezas que habían sido esparcidas se reunieran para dar origen a Itokawa. En ese momento, la superficie del asteroide todavía no había sido afectada por la erosión espacial, así que tenía un matiz más claro que ahora.

6. La erosión espacial oscureció el color de la superficie y redujo el diámetro de Itokawa a unos 500 metros.

Análisis de los elementos hallaron en las partículas de Itokawa trazas de iridio, un producto de la formación del sistema solar de hace 4,6 millones de años. Estos restos de elementos ayudarán a los científicos a estudiar la evolución del sistema solar, a medida que prosigan los análisis de las partículas.

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Este artículo es una traducción libre de la nota publicada por JAXA