Ο φλοιός της Vesta και η ιστορία της γέννησης του ηλιακού συστήματος
Η διερεύνηση της γέννησης του Ηλιακού Συστήματος μοιάζει λίγο με τη διερεύνηση της σκηνής του εγκλήματος μιας «ψυχρής υπόθεσης», όπου το πέρασμα του χρόνου, εδώ μόλις τεσσεράμισι δισεκατομμύρια χρόνια, ακύρωσε τα περισσότερα ίχνη που άφησαν τα γεγονότα που προσπαθούμε να επανακτίζω. Ευτυχώς για εμάς, το Ηλιακό Σύστημα παίζει δίκαιο και δεν μας παραπλανά ενεργά, αλλά, ταυτόχρονα, δεν αφήνει πολλά στοιχεία. Όπως και στα πραγματικά εγκλήματα, τα πράγματα μπορούν να γίνουν πολύ πιο εύκολα να ξεμπερδέψουν εάν έχουμε έναν αξιόπιστο μάρτυρα.
Ο Vesta, ένας από τους δύο αστεροειδείς που επισκέφτηκε η αποστολή Dawn της NASA, ήταν ένας από τους καλύτερους μάρτυρές μας από τη δεκαετία του '70, όταν ανακαλύφθηκε ότι το υπέρυθρο φάσμα του αντιστοιχούσε μοναδικά με αυτά που ελήφθησαν στο εργαστήριο για μια οικογένεια μετεωριτών, τον Howardite. -Ομάδα Ευκρίτη-Διογενίτη (γνωστή επίσης αθροιστικά ως HED), που προτείνει κάποιο είδος σύνδεσης μεταξύ των δύο.
Αυτοί οι μετεωρίτες είναι θραύσματα της ηφαιστειακής επιφάνειας ενός σώματος που υπέστη διαφοροποίηση όπως η Γη, αποκτώντας μια πολυεπίπεδη εσωτερική δομή όπου ο πυρήνας, ο μανδύας και η επιφάνεια χαρακτηρίζονται από πολύ διαφορετικές συνθέσεις. Μεταγενέστερες μελέτες τόνισαν ότι αυτός ο ηφαιστειακός φλοιός θα πρέπει να είναι σχετικά λεπτός και ότι στη συλλογή μετεωριτών μας δεν έχουμε δείγματα του υποκείμενου μανδύα του σώματος από το οποίο προήλθαν οι HED.
Το γεγονός ότι ο ηφαιστειακός φλοιός της Vesta ήταν ακόμα άθικτος, όπως υποδεικνύεται από αστρονομικές παρατηρήσεις, παρείχε μια απλή εξήγηση για την έλλειψη θραυσμάτων υλικού του μανδύα που συνδέονται με τους HEDs μεταξύ των μετεωριτών που προσγειώθηκαν στη Γη, και έδειξε έντονα στη Vesta την πηγή του Μετεωρίτες HED.
Ο ηφαιστειακός φλοιός της Vesta ήταν και λεπτός και άθικτος, πράγμα που σήμαινε ότι η μάρτυράς μας Vesta μάς έλεγε μια απλή ιστορία:όποιο και αν είναι το σενάριο που επινοήσαμε, δεν θα έπρεπε να καταστρέψει τον φλοιό του. Αυτό έγινε ένας θεμελιώδης περιορισμός για όλες τις μελέτες που έγιναν τα επόμενα 40 χρόνια. Χάρη στους HED, επιπλέον, η Vesta μας έλεγε επίσης ότι αυτός ο θεμελιώδης περιορισμός περιλάμβανε σχεδόν όλη τη ζωή του Ηλιακού Συστήματος από τότε που σχηματίστηκε ο φλοιός του όταν ο νεαρός Ήλιος περιβαλλόταν ακόμα από έναν δίσκο αερίου και σκόνης.
Δεδομένου ότι η άποψή μας για την ιστορία του Ηλιακού Συστήματος εξελίχθηκε από τη δεκαετία του '70 και περιλαμβάνει επίσης βίαια σενάρια όπου τα πλανητικά του σώματα σμιλεύτηκαν από βομβαρδισμούς που προκλήθηκαν από το σχηματισμό των γιγάντιων πλανητών σε αυτόν τον περικυκλικό δίσκο και από τη μετέπειτα μετανάστευση τους, το σύνολο περιορισμών από το φλοιό της Vesta ήταν εξαιρετικά ισχυρό. Ή έτσι νομίζαμε.
Όταν το Dawn έφτασε στη Vesta, μας επιβεβαίωσε ότι ο φλοιός του είναι όντως κατασκευασμένος από το ίδιο υλικό με τους μετεωρίτες HED, επιβεβαιώνοντας τη γενετική σύνδεση μεταξύ Vesta και HED. Η Dawn επιβεβαίωσε επίσης ότι ο φλοιός είναι πράγματι ακόμα άθικτος… συμπεριλαμβανομένου του σημείου όπου δύο γιγάντιες κρούσεις ανασκάφηκαν σε βάθη μεγαλύτερα από το συνολικό του πάχος και θα έπρεπε να είχαν εκθέσει τον υποκείμενο μανδύα! Αυτό το εύρημα αποκάλυψε ότι κάτι δεν πήγαινε καλά στην εικόνα μας και ότι η μαρτυρία μας δεν ήταν τόσο αξιόπιστη όσο νομίζαμε.
Μια πιθανή εξήγηση για αυτήν την αναντιστοιχία είναι ότι η Vesta ήταν κάποτε μεγαλύτερη και είχε παχύτερη κρούστα, αλλά το πόσο μεγάλο και πόσο παχύ είναι άγνωστο. Μια μεγαλύτερη κρούστα σημαίνει ότι η Vesta θα μπορούσε να έχει χάσει πολύ περισσότερο υλικό από ό,τι πιστεύαμε τα τελευταία 40 χρόνια και να εξακολουθεί να είναι παρόμοια με τη Vesta που βλέπουμε σήμερα. Μια μεγαλύτερη Vesta, επιπλέον, έχει ισχυρότερη βαρύτητα, πράγμα που σημαίνει ότι μεγαλύτερο κλάσμα του αρχικά χαμένου υλικού θα ανακτηθεί αργότερα από τον αστεροειδή.
Αυτό το απρόβλεπτο εμπόδιο περιόρισε σοβαρά τη χρησιμότητα του περιορισμού που παρέχεται από τον φλοιό του Vesta, επιτρέποντάς του να αποκλείει μόνο ακραία σενάρια όπου γιγάντιες κρούσεις θα είχαν καταστρέψει ή ακόμα και καταστρέψει τον αστεροειδή σε παγκόσμιο επίπεδο. Η μάρτυράς μας η Vesta, ωστόσο, δεν είχε τελειώσει να μας λέει την ιστορία της.
Πρόσφατες μελέτες της σύνθεσης των μετεωριτών HED αποκάλυψαν ότι ορισμένοι από αυτούς παρουσίαζαν υπερβολική αφθονία νερού και σιδεροφίλων στοιχείων (δηλαδή στοιχεία που δείχνουν συγγένεια με τα μέταλλα και επομένως αναμένεται να διαχωρίζονται κυρίαρχα στον μεταλλικό πυρήνα της Vesta) και παρείχαν ανώτατα όρια στο παγκόσμιο τους παρουσία στον φλοιό της Vesta.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus και γεννήθηκε στο πλαίσιο του έργου «Vesta, το κλειδί για την προέλευση του Ηλιακού Συστήματος» που χρηματοδοτήθηκε από το Διεθνές Ινστιτούτο Διαστημικής Επιστήμης στη Βέρνη, ξεκινήσαμε να διερευνήσουμε εάν αυτή η νέα πληροφορία θα μπορούσε να μας επιτρέψει να επανεκτιμήσουμε τον ρόλο της Vesta ως μάρτυρας της νεολαίας του Ηλιακού μας Συστήματος. Η συλλογιστική μας ήταν απλή και βασιζόταν στο γεγονός ότι, παράλληλα με τις καταστροφικές τους επιπτώσεις, οι επιπτώσεις έχουν και εποικοδομητικά αποτελέσματα.
Οι ίδιες κρούσεις που απομακρύνουν το ηφαιστειακό υλικό από τον φλοιό της Vesta, επίσης μεταφέρουν νέο υλικό σε αυτό. Το νέο υλικό που προκαλείται από τις κρούσεις θα περιέχει πάντα σιδερόφιλα στοιχεία (καθώς μεταφέρονται τόσο από αστεροειδείς όσο και από κομήτες) και σε ορισμένες περιπτώσεις επίσης νερό (όπως μεταφέρεται από κομήτες και ορισμένους τύπους αστεροειδών). Επομένως, ερευνήσαμε εάν τα ανώτερα όρια της παρουσίας τους που παρέχονται από τους μετεωρίτες HED θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως νέοι περιορισμοί.
Κατ' αρχήν, η αβεβαιότητα σχετικά με το πάχος του φλοιού της Vesta καθιστά δύσκολη την εκτίμηση του πόσο θα αραιωθούν το νερό και τα σιδερόφιλα στοιχεία που προέρχονται από κρούση όταν αναμειγνύονται με το αρχικό υλικό της Vesta. Αυτό που διαπιστώσαμε, ωστόσο, είναι ότι αυτή η αβεβαιότητα έχει αμελητέα αποτελέσματα:τα όρια στις συγκεντρώσεις αυτών των δύο υλικών που αποκαλύπτονται από τους μετεωρίτες HED είναι τόσο χαμηλά που οι περιορισμοί που παρέχουν λειτουργούν και σε περιπτώσεις όπου το αρχικό πάχος του φλοιού της Vesta είναι λίγα. φορές μεγαλύτερο από αυτό που πιστεύαμε αρχικά.
Όπως επισημαίνουμε στη μελέτη μας, αυτοί οι νέοι περιορισμοί θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τον αρχικό, όχι να τον υποκαθιστούν. Οι νέοι περιορισμοί, στην πραγματικότητα, λειτουργούν σε όλες τις περιπτώσεις εκτός από μία:όταν ο βομβαρδισμός της Vesta κυριαρχείται από βίαια, καταστροφικά γεγονότα που αφαιρούν μεγάλα κομμάτια υλικού από το φλοιό χωρίς να μεταφέρουν ούτε νερό ούτε σιδερόφιλα στοιχεία. Αυτό, ωστόσο, είναι το είδος του σεναρίου όπου εξακολουθεί να ισχύει ο κλασικός περιορισμός που θέτει η επιβίωση του φλοιού της Vesta.
Η κοινή χρήση των τριών περιορισμών επιτρέπει την υιοθέτηση αυτού που μπορεί να ονομαστεί προσέγγιση «Σέρλοκ Χολμς»:όλα τα σενάρια που παραβιάζουν ακόμη και έναν από τους τρεις περιορισμούς μπορούν να απορριφθούν ως αδύνατα, αφήνοντας μόνο τα πιο ρεαλιστικά σενάρια. Αυτή η προσέγγιση είναι απλή, αλλά η κοινή χρήση των τριών περιορισμών την καθιστά πολύ διαγνωστική.
Στη μελέτη περίπτωσης απόδειξης της ιδέας που χρησιμοποιήσαμε για να δοκιμάσουμε αυτήν τη μεθοδολογία, όπου επικεντρωθήκαμε στις επιπτώσεις του σχηματισμού και της μετανάστευσης του Δία στον φλοιό του Vesta, διαπιστώσαμε ότι μπορούσαμε να απορρίψουμε τρία από τα τέσσερα σενάρια μετανάστευσης που εξετάσαμε. Σε κάθε σενάριο μετανάστευσης, επιπλέον, διαπιστώσαμε ότι αυτή η μεθοδολογία είναι επίσης ευαίσθητη στην κατανομή μεγέθους των αρχέγονων πληθυσμών κομητών και αστεροειδών, υποδεικνύοντας ότι μεγάλοι πληθυσμοί σωμάτων μεγέθους μεγαλύτερου από 10 km τείνουν να παράγουν χειρότερες προσαρμογές στα δεδομένα από τους πληθυσμούς κυριαρχείται από μικρότερα σώματα.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο The late accretion and erosion of Vesta's crust recorded by eucrites and diogenites as astrochemical window in the formation of Jupiter and the first evolution of the Solar System, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους D. Turrini από το Ινστιτούτο Διαστημικής Αστροφυσικής και Πλανητολογίας INAF-IAPS, V. Svetsov από τη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών, G. Consolmagno από το Specola Vaticana, S. Sirono από το Πανεπιστήμιο Nagoya και M. Jutzi από το Πανεπιστήμιο της Βέρνης.
