Het onderzoeksteam beschrijft de samenstelling van de asteroïde Phaethon

De asteroïde Phaethon, die een diameter heeft van vijf kilometer, heeft onderzoekers lange tijd verbijsterd. Een komeetachtige staart is een paar dagen te zien wanneer de asteroïde tijdens zijn baan dicht bij de zon passeert.

Komeetstaarten worden echter meestal gevormd door de verdamping van ijs en koolstofdioxide, wat deze staart niet kan verklaren. De staart zou al zichtbaar moeten zijn op Jupiters afstand van de zon.

Wanneer de oppervlaktelaag van de asteroïde afbreekt, blijven het gescheiden grind en stof in dezelfde baan reizen en genereren ze een cluster van vallende sterren wanneer ze in botsing komen met de aarde. Phaethon veroorzaakt de Geminiden-meteorenregen, die ook elk jaar rond half december aan de hemel van Finland verschijnt. Althans volgens de heersende hypothese, want dat gebeurt wanneer de aarde het pad van de asteroïde kruist.

Tot nu toe zijn theorieën over wat er gebeurt op het oppervlak van Phaethon, nabij de zon, puur hypothetisch gebleven. Wat komt er uit de asteroïde? Hoe? Het antwoord op de puzzel wordt gevonden door de structuur van Phaethon te begrijpen.

Een zeldzame meteorietengroep bestaande uit zes bekende meteorieten

In een recente studie gepubliceerd In het tijdschrift Natuur astronomie Door onderzoekers van de Universiteit van Helsinki werd het infraroodspectrum van Phaethon, eerder gemeten door NASA’s Spitzer-ruimtetelescoop, opnieuw geanalyseerd en vergeleken met de infraroodspectra van meteorieten gemeten in laboratoria.

De onderzoekers ontdekten dat het spectrum van Phaethon goed overeenkomt met een bepaald type meteoriet, een koolstofhoudende chondriet CY. Het is een zeer zeldzame meteorietsoort, waarvan slechts zes exemplaren bekend zijn.

Asteroïden kunnen ook worden bestudeerd door monsters uit de ruimte te halen, maar meteorieten kunnen worden bestudeerd zonder dure ruimtemissies. De asteroïden Ryugu en Bennu, het doelwit van recente monstermissies van JAXA en NASA, behoren tot de CI- en CM-meteorieten.

Alle drie soorten meteorieten zijn afkomstig uit de geboorte van het zonnestelsel en lijken gedeeltelijk op elkaar, maar alleen de CY-groep vertoont tekenen van uitdroging en thermische ontbinding als gevolg van recente verwarming.

Alle drie de groepen vertonen tekenen van verandering die plaatsvonden tijdens de vroege evolutie van het zonnestelsel, toen water zich vermengde met andere moleculen om bladsilicaatmineralen en carbonaten te vormen. CY-type meteorieten verschillen echter van andere vanwege hun hoge ijzersulfidegehalte, wat hun oorsprong aangeeft.

Het Phaethon-spectrum komt overeen met de CY-spectra van koolstofhoudende chondrieten

Analyse van het infraroodspectrum van Phaeton toonde aan dat de asteroïde bestaat uit ten minste olivijn, carbonaten, ijzersulfide en oxidemineralen. Al deze mineralen ondersteunen de associatie met CY-meteorieten, vooral ijzersulfide. Carbonaten duiden op veranderingen in het watergehalte die evenredig zijn aan de samenstelling van de archaea, terwijl olivijn het product is van pyrolyse van bladsilicaten bij extreme temperaturen.

In het onderzoek kon thermische modellering de heersende temperaturen op het oppervlak van de asteroïde laten zien en wanneer bepaalde mineralen uiteenvallen en gassen vrijkomen. Wanneer Phaethon dicht bij de zon komt, stijgt de oppervlaktetemperatuur tot ongeveer 800 graden Celsius. De CY Meteor-kit past hier goed bij. Bij vergelijkbare temperaturen geven carbonaten koolstofdioxide af, bladsilicaten waterdamp en sulfiden zwavelgas.

Volgens de studie lijken alle op Phaethon geïdentificeerde mineralen consistent te zijn met meteorietmineralen van het CY-type. De enige uitzonderingen waren de oxiden van portlandiet en bruciet, die niet in meteorieten werden aangetroffen. Deze mineralen kunnen zich echter vormen wanneer carbonaten worden verwarmd en vernietigd in de aanwezigheid van waterdamp.

De staart en de meteorenregen krijgen een verklaring

De samenstelling en temperatuur van de asteroïde verklaren de vorming van gas nabij de zon, maar verklaren ze ook het stof en grind waaruit de Geminiden-meteoren ontstaan? Heeft de asteroïde voldoende druk om stof en stenen van het oppervlak van de asteroïde te tillen?

De onderzoekers gebruikten experimentele gegevens uit andere onderzoeken in combinatie met hun thermische modellen en schatten op basis daarvan dat wanneer de asteroïde het dichtst bij de zon passeert, er gas vrijkomt uit de minerale structuur van de asteroïde, waardoor de rots emotioneel kan instorten. Bovendien is de druk van koolstofdioxide en waterdamp hoog genoeg om kleine stofdeeltjes van het oppervlak van de asteroïde te tillen.

“Natriumemissie zou de zwakke staart kunnen verklaren die we nabij de zon waarnemen, en thermische ontleding zou kunnen verklaren hoe stof en grind vrijkwamen uit Phaethon”, zegt de hoofdauteur van het onderzoek, postdoctoraal onderzoeker Eric McLennan van de Universiteit van Helsinki.

“Het was fascinerend om te zien hoe elk van de ontdekte mineralen op zijn plaats leek te vallen en ook het gedrag van de asteroïde kon verklaren”, zegt universitair hoofddocent Mikael Granvik van de Universiteit van Helsinki.