[JWST]: Дальняя родня Бенну и Рюгу или что Уэбб нашёл на астероидах комплекса Полана-Эулалия

Когда в 2018 и 2019 годах зонды OSIRIS-REx и Hayabusa2 подлетели к астероидам Бенну и Рюгу, а затем привезли с них образцы грунта на Землю, у планетологов появился редкий шанс — подержать в руках вещество, которое пролежало миллиарды лет практически нетронутым с момента рождения Солнечной системы. Но есть загвоздка: мы до сих пор точно не знаем, откуда именно взялись сами Бенну и Рюгу. Оба — обломки, оторвавшиеся от более крупного родительского тела где-то во Внутреннем Главном поясе астероидов и затем заброшенные орбитальным резонансом в окрестности Земли. Подозреваемых на роль «родителя» два: семейства астероидов Полана и Эулалия, которые из-за родства орбит и спектров обычно рассматривают как единый комплекс Полана-Эулалия (Polana-Eulalia Complex, PEC). Новая работа группы под руководством Лукаса Макклюра, выполненная в рамках программы JWST под названием SAMBA-3, попыталась вглядеться в состав этого комплекса внимательнее, чем когда-либо прежде — и получила данные, которые одновременно подтверждают родство с Бенну и Рюгу и добавляют новые тонкости в старый спор.

Сам комплекс — фигура заметная. Это тёмные, богатые углеродом астероиды, сгруппированные вокруг двух крупнейших тел-тёзок: (142) Полана и (495) Эулалия. Оба семейства, судя по возрасту их орбитальных «шлейфов», образовались от распада более древних родительских тел — Полана старше (свыше 2 миллиардов лет), Эулалия моложе (0,9–1,5 миллиарда лет), — но обе популяции несут на себе следы куда более ранней истории. Считается, что вещество, из которого они состоят, сформировалось не там, где сейчас находится Главный пояс, а во внешней Солнечной системе, и было заброшено внутрь во время миграции планет-гигантов на заре её истории. Если это так, то астероиды PEC — доступный образец материала, который обычно прячется на окраинах системы, а Бенну и Рюгу, в свою очередь, — доступный образец самого PEC: до них можно долететь и взять пробу без многолетнего перелёта к поясу Койпера.

Проблема в том, что в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах — а именно в них PEC изучали раньше — спектры этих астероидов практически безликие: ни выразительных полос поглощения, ни резких отличий между Поланой и Эулалией. Поэтому команда обратилась к спектрографу NIRSpec телескопа Джеймса Уэбба, который видит куда дальше в инфракрасную область — вплоть до 5 микрон — и способен различать минералы, невидимые с Земли. В выборку наблюдений попали одноимённый астероид семейства Эулалия — (495) Эулалия — и три представителя семейства Полана среднего размера, около 5 км в поперечнике: (2441) Хиббс, (6712) Хорнстейн и (6769) Брокофф. Сам (142) Полана в выборку не попал только потому, что его спектр уже сняли годом раньше в отдельной программе — так что теперь есть возможность сравнить крупнейшее тело семейства с его более скромными родственниками.

Главная цель наблюдений — полоса поглощения около 2,7 микрон, спектральный «отпечаток» гидроксильной группы OH, которая появляется в филлосиликатах — глинистых минералах, образующихся, когда вода вступает в реакцию с силикатной породой. Присутствие такой полосы означает, что когда-то на теле шло активное водное изменение: лёд внутри планетезимали таял (вероятно, из-за распада радиоактивных изотопов) и вступал в реакцию с минералами. И полоса нашлась — причём у всех четырёх наблюдавшихся астероидов. По форме и положению она оказалась «резкой», с центром в диапазоне 2,72–2,74 микрон — а это характерно именно для филлосиликатов, богатых магнием, а не железом. Более ранние наземные наблюдения уже показывали, что у PEC нет полосы, которая выдавала бы железистые глины, — и новые данные это подтверждают и уточняют: перед нами богатая магнием, сильно гидратированная поверхность.

Интереснее то, что глубина этой полосы оказалась разной. У (495) Эулалии и — по данным более ранней программы — у (142) Полана полоса заметно глубже (около 19–20% падения отражательной способности), чем у трёх более мелких членов семейства Полана (14–17%). Разница может показаться незначительной, но авторы видят за ней вполне конкретную физику: либо родительское тело семейства Полана было неоднородным изнутри, и его обломки разного размера несут вещество из разных «слоёв» с разной степенью изменения, либо дело в космическом выветривании — долгом облучении поверхности солнечным ветром и микрометеоритами, которое со временем меняет параметры полосы. Картина здесь не совсем однозначная: крупные тела обычно должны быть выветрены сильнее мелких, но данные показывают более сложную зависимость, которая может объясняться разным соотношением двух родственных серпентиновых минералов — хризотила и лизардита — на поверхности разных членов семейства.

Помимо главной полосы 2,7 микрон, у (495) Эулалии удалось разглядеть и более слабые, но информативные особенности спектра — около 3,1, 3,4 и 3,9 микрон. Их относят, соответственно, к глинам с примесью аммония, к алифатической органике и к карбонатам (возможно, кальциту). У (142) Полана те же полосы тоже присутствуют, но в других пропорциях: Эулалия несёт заметно больше вещества, похожего на карбонаты, а Полана — чуть больше признаков органики. Авторы осторожно интерпретируют эту разницу как след того, что родительские тела двух семейств собирали вещество из немного разных областей протопланетного диска или прошли немного разные стадии водного изменения — притом что в остальном их состав поразительно похож.

Чтобы понять, на что вообще похожи спектры PEC, авторы сравнили их количественно — методом «евклидова расстояния» по форме полосы — со спектрами углистых хондритов (метеоритов, богатых углеродом и водой) и с уже известными спектрами Бенну и Рюгу, снятыми и с орбиты, и по образцам грунта, доставленным на Землю. Результат получился обнадёживающим для гипотезы общего происхождения: все четыре объекта PEC ближе всего оказались к сильно изменённым водой метеоритам — таким как CI-хондрит Ивуна и CM1-хондрит LAP02277, — а также демонстрируют устойчивое сходство со спектрами и Бенну, и Рюгу. При этом крупные тела PEC — (142) Полана и (495) Эулалия — по форме полосы ближе всего совпадают именно с дистанционным спектром Бенну, а по точному положению центра полосы — с образцами вещества, доставленными обеими миссиями на Землю.

Главный вопрос — какое из двух семейств, Полана или Эулалия, породило Бенну, а какое Рюгу, — работа всё же разрешить не смогла. Динамическое моделирование орбит и раньше слегка склонялось к тому, что оба околоземных астероида скорее произошли от Полана (около 70% вероятности против 30% у Эулалии), а различие в цвете в ультрафиолетовом и видимом диапазонах наводило на мысль связать более «красную» Полану с Бенну, а более «голубую» Эулалию — с Рюгу. Новые данные NIRSpec этот сюжет не опровергают, но и не подтверждают напрямую: минорные полосы поглощения в спектрах Бенну и Рюгу действительно похожи на то, что видно у (142) Полана и (495) Эулалии соответственно — карбонаты и аммонийные соединения в схожих пропорциях, — но выборка пока слишком мала, чтобы сделать окончательный вывод. Авторы прямо говорят: нужны наблюдения более мелких членов обоих семейств, сопоставимых по размеру с самими Бенну и Рюгу, а не с их куда более крупными «старшими родственниками».

Отдельный сюжет работы — попытка определить, где именно во внешней Солнечной системе сформировались родительские тела PEC. Для этого авторы сравнили спектры Поланы и Эулалии с другими примитивными телами: крупными астероидами Церерой, Палладой и Гигеей, юпитерианскими троянцами, нерегулярными спутниками Юпитера и даже кометой 67P. Логика простая: присутствие или отсутствие определённых минералов — прежде всего аммонийных соединений, которые конденсируются только при очень низких температурах, — работает как своего рода термометр, указывающий на температуру в месте рождения тела. По этой логике родительские тела PEC, судя по всему, сформировались дальше от Солнца, чем родительское тело Паллады (у которой аммонийных следов нет вовсе), но ближе, чем родительские тела Цереры и Гигеи (у которых аммонийные минералы выражены отчётливо) — где-то в промежуточной зоне внешней Солнечной системы, за линией конденсации аммиака. Иными словами, Бенну и Рюгу, а вместе с ними и вещество, которое сейчас изучают в лабораториях NASA и JAXA, скорее всего, ведут свою родословную от планетезимали, родившейся далеко за пределами современного пояса астероидов — и лишь спустя миллиарды лет заброшенной внутрь Солнечной системы, где от неё откололись более мелкие тела, включая те два камня, к которым человечество уже прикоснулось.

✊

----

Домашнее чтение:

📖 - https://doi.org/10.48550/arXiv.2607.16518