Tyrėjai naudoja miuonų pluoštus, kad analizuotų asteroido Ryugu mėginių elementinę sudėtį


Tyrėjai naudojo miuonų pluoštus, kad analizuotų asteroido Ryugu mėginių elementinę sudėtį

(kairėje) Muoninė rentgeno nuotrauka, sukurta po to, kai miuonas buvo užfiksuotas apšvitinta medžiaga, ir (dešinėje) asteroido Ryugu pavyzdys. Kreditas: (kairysis vaizdas) Muon analizės komanda, (dešinėje) JAXA

Iš asteroido Ryugu į Žemę atgabentų akmens mėginių elementinė sudėtis buvo ištirta naudojant dirbtinai sukurtą miuono spindulį iš J-PARC dalelių greitintuvo. Tyrėjai rado daugybę svarbių elementų, reikalingų gyvybei palaikyti, įskaitant anglį, azotą ir deguonį, bet taip pat nustatė, kad deguonies gausa, palyginti su siliciu, asteroide Ryugu skiriasi nuo visų Žemėje rastų meteoritų, praneša naujas tyrimas. Mokslas.

2014 m. nepilotuojamą asteroidų tyrinėtoją Hayabusa 2 į kosmosą paleido Japonijos aerokosminių tyrimų agentūra (JAXA), kurios misija buvo sugrąžinti mėginius iš asteroido Ryugu – C tipo asteroido, kuriame, tyrėjų nuomone, gausu anglies. Sėkmingai nusileidęs ant Ryugu ir paėmęs mėginius, „Hayabusa 2“ 2020 m. gruodį grįžo į Žemę su nepažeistais mėginiais.

Nuo 2021 m. mokslininkai atlieka pirmąsias mėginių analizes, vadovaujamas Tokijo universiteto profesoriaus Shogo Tachibana. Suskirstyti į kelias komandas, mokslininkai įvairiais būdais tyrė mėginius, įskaitant akmens formas, elementų pasiskirstymą ir mineralų sudėtį.

Šiame tyrime, kuriam vadovavo Tohoku universiteto profesorius Tomoki Nakamura, profesorius Tadayuki Takahashi ir magistrantas Shunsaku Nagasawa iš Kavli Visatos fizikos ir matematikos instituto (Kavli IPMU), Tokijo universiteto, bendradarbiaujant su High Energy Accelerator Research Organization. (KEK) Medžiagų struktūros mokslo institutas, Osakos universitetas, Japonijos atominės energijos agentūra (JAEA), Kioto universitetas, Tarptautinis krikščionių universitetas, Kosmoso ir astronautikos mokslų institutas (ISAS) ir Tohoku universitetas, taikė elementinės analizės metodus, naudodami neigiamus miuonus, elementariosios dalelės pagamintas J-PARC greitintuvo.

Jie pritaikė elementų analizės metodą, naudodami neigiamus miuonus, akmenims iš asteroido Ryugu, ir jiems pavyko nedestruktyviai nustatyti jų elementų sudėtį.

Tyrėjai naudojo miuonų pluoštus, kad analizuotų asteroido Ryugu mėginių elementinę sudėtį

Pagal užsakymą sukurta eksperimento sąranka buvo sukurta siekiant išvengti mėginių užteršimo Žemės atmosfera. Vidus užpildytas helio dujomis, o kamera išklota grynu variu, kad būtų sumažintas foninis triukšmas. Kreditas: Muon analizės komanda

Tai buvo svarbu, nes jei Saulės sistemos asteroidai būtų pastatyti pačios Saulės sistemos formavimosi pradžioje, jie vis tiek slėptų informaciją apie vidurkį. elementinė kompozicija tuo metu, taigi ir visos Saulės sistemos.

Anksčiau buvo atlikta į Žemę nukritusių meteoritų analizė, tačiau gali būti, kad šie mėginiai buvo užteršti Žemės atmosferos. Taigi iki Hayabusa 2 niekas tiksliai nežinojo, kokia yra asteroido cheminė sudėtis.

Tačiau mokslininkai susidūrė su iššūkiu. Dėl riboto mėginių kiekio ir daugybės kitų tyrėjų, norinčių juos ištirti, jiems reikėjo rasti būdą, kaip atlikti savo analizę nepažeidžiant jų, kad mėginiai galėtų būti perduoti kitoms grupėms.

Komanda sukūrė naują metodą, kuris apėmė kvantinio pluošto arba konkrečiai neigiamų miuonų pluoštą, pagamintą vieno didžiausių pasaulyje didelės energijos dalelių greitintuvų J-PARC Ibarakio prefektūroje, Japonijoje, kad nustatytų cheminius elementus. jautrius mėginius jų nesulaužant.

Tyrėjai naudojo miuonų pluoštus, kad analizuotų asteroido Ryugu mėginių elementinę sudėtį

Asteroido Ryugu mėginio ir CI chondrito Orgueil muoninis rentgeno spektrinis palyginimas. Kreditas: Muon analizės komanda

Tada Takahashi ir Nagasawa taikė statistinės analizės metodus rentgeno astronomijos ir dalelių fizikos eksperimentuose, kad analizuotų miuonams būdingus rentgeno spindulius.

Miuonai yra viena iš elementariųjų dalelių visatoje. Dėl jų gebėjimo prasiskverbti į medžiagas giliau nei rentgeno spinduliai, jie puikiai tinka medžiagų analizei. Kai apšvitintas mėginys užfiksuoja neigiamą miuoną, susidaro miuoninis atomas. Naujųjų miuoninių atomų skleidžiami miuoniniai rentgeno spinduliai turi didelę energiją, todėl juos galima aptikti dideliu jautrumu. Šis metodas buvo naudojamas Ryugu mėginiams analizuoti.

Tačiau buvo kitas iššūkis. Kad mėginiai nebūtų užteršti Žemės atmosfera, tyrėjai turėjo užtikrinti, kad mėginiai nesiliestų su ore esančiu deguonimi ir vandeniu. Todėl jie turėjo sukurti eksperimentinę sąranką, paimdami mėginį į helio dujų kamerą. Vidinės kameros sienos buvo išklotos grynu variu, kad būtų sumažintas foninis triukšmas analizuojant mėginius.

2021 m. birželį į J-PARC buvo įvežtas 0,1 gramo Ryugu asteroido, o mokslininkai atliko miuono rentgeno analizę, kuri sukūrė energijos spektrą. Jame jie rado elementus, reikalingus gyvybei gaminti, anglį, azotą ir deguonį, bet taip pat nustatė, kad mėginio sudėtis panaši į anglies chondrito (CI chondrito) asteroidų, kurie dažnai vadinami kietųjų medžiagų etalonu. saulės sistemoje. Tai parodė, kad Ryugu akmenys buvo vieni iš pirmųjų akmenų, susiformavusių mūsų saulės sistemoje.

Tyrėjai naudojo miuonų pluoštus, kad analizuotų asteroido Ryugu mėginių elementinę sudėtį

Asteroido Ryugu mėginio ir CI chondrito Orgueil elementinės sudėties palyginimas (K. Lodders, The Astrophysical Journal, 591, 1220-1247, 2003). Deguonies rentgeno spinduliai rodo, kad Ryugu mėginio deguonies gausa, palyginti su siliciu, buvo mažesnė, palyginti su CI chondritu. Kreditas: Muon analizės komanda

Tačiau, nors Ryugu mėginio sudėtis yra panaši į CI chondritų, deguonies gausa, palyginti su siliciu, buvo maždaug 25 procentais mažesnė nei CI chondrito. Tyrėjai teigia, kad tai gali reikšti, kad deguonies perteklius, palyginti su siliciu, CI chondrituose galėjo atsirasti dėl užteršimo jiems patekus į Žemės atmosferą. Ryugu akmenys gali nustatyti naują saulės sistemos materijos standartą.


Dulkių grūdai iš asteroido Ryugu, senesni už mūsų saulės sistemą


Daugiau informacijos:
T. Nakamura, Anglies asteroido Ryugu formavimasis ir evoliucija: tiesioginiai įrodymai iš grąžintų mėginių, Mokslas (2022). DOI: 10.1126/science.abn8671. www.science.org/doi/10.1126/science.abn8671

Pateikė Kavli Visatos fizikos ir matematikos institutas

Citata: Tyrėjai naudoja miuonų pluoštus, kad analizuotų asteroido Ryugu mėginių elementinę sudėtį (2022 m., rugsėjo 22 d.), gautų 2022 m. rugsėjo 22 d. iš https://phys.org/news/2022-09-muons-elemental-composition-asteroid-ryugu. html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.