Asteroiden Phaethon med en diameter på fem kilometer har förbryllat vårt solsystems forskare en längre tid. Då asteroiden på sin omloppsbana kommer närmast solen syns en kometliknande svans efter den under några dagars tid.
Kometsvansar består dock vanligen av is, som förvandlas till ånga, och koldioxid, ämnen som inte kan vara förklaringen till den här svansen. De skulle ha förvandlats till gas redan vid Jupiters avstånd från solen.
När ytskiktet på en asteroid sönderfaller fortsätter det lösgjorda gruset och dammet sin färd på samma omloppsbana och ger upphov till en meteorsvärm vid jorden. Phaethon förorsakar meteorsvärmen geminiderna, som man kan se årligen även på Finlands himmel som en mängd stjärnfall den 14:e-15:e december. Enligt gängse uppfattning beror det på att jorden korsar asteroidens omloppsbana just då.
Tills vidare har teorierna om vad som händer på Phaethons yta i närheten av solen varit helt hypotetiska. Vad är det som lossnar från asteroiden? Hur? Gåtan besvarades då man nådde insikter i vad Phaethon består av.
Sällsynt meteoritgrupp på sex kända exemplar
I en färsk studie av forskare vid Helsingfors universitet, som publicerades i journalen Nature Astronomy, analyseras infrarödspektret från Phaeton, som tidigare hade mätts av NASAs Spitzer-rymdteleskop, och det jämförs med infrarödspektra av meteoriter som uppmätts i laboratorier.
Forskarna upptäckte att spektret från Phaethon-asteroiden precis motsvarar en viss typ av meteorit, en så kallad CY kolkondrit. Det är en mycket sällsynt typ av meteorit. Endast sex exemplar är kända.
Man kan studera asteroider genom att hämta sampel från rymden, men det går också att studera meteoriter utan dyra rymdresor. Ryugu och Bennu, som har varit mål för JAXA:s och NASA:s färder för att hämta sampel på senare tid, hör till CI- och CM-meteoriterna.
Alla tre typer av meteoriter har uppstått under solsystemets begynnelse och påminner delvis om varandra, men endast CY-gruppen har tecken på uttorkning och termisk nedbrytning under upphettningen på senare tider.
I alla tre grupper finns det tecken på en förändring under den tidiga utvecklingen av solsystemet, där vatten tillsammans med andra molekyler bildar nätverkssilikat- och karbonatmineraler. Meteorer av CY-typ skiljer sig dock från de andra genom sin höga halt av järnsulfid vilket pekar på att de har ett annat ursprung.
Asteroidens spektrum passade ihop med CY-typen
Analysen av Phaetons infrarödspektrum påvisade att asteroiden består av åtminstone olivin, karbonater, järnsulfider och oxidmineraler. Alla dessa mineraler stöder sammanhanget med CY-meteoriter, särskilt järnsulfiderna. Karbonaterna pekar på förändringar i vattenhalten, vilket passar in med den primitiva sammansättningen, medan olivinet är en produkt av termisk nedbrytning av nätsilikater i extrema temperaturer.
Med hjälp av termisk modellering kunde forskarna se vilka temperaturer som råder på asteroidens yta och när vissa mineraler bryts ned och frigör gaser. När Phaethon kommer nära solen stiger temperaturen på dess yta till omkring 800 grader. Det passar in på gruppen av CY-meteoriter. I liknande temperaturer producerar karbonaterna koldioxid, nätsilikaten frigör vattenånga och sulfiderna svavelgas.
Alla mineraler som identifierats på Phaeton ser ut att motsvara mineralerna på meteoriter av CY-typ enligt studien. Det är endast oxiderna portlandit och brusit som inte har observerats på meteoriterna. Dessa mineraler kan däremot bildas när karbonater hettas upp och förstörs i närvaro av vattenånga.
Svansen och meteorsvärmen får sin förklaring
Sammansättningen och temperaturen på asteroiden förklarade varför gas bildas på den i närheten av solen, men förklarar de också svansen av damm och grus? Fanns det tillräckligt högt tryck på asteroiden för att lyfta damm och stenar från dess yta?
Forskningen drog nytta av experimentell information från andra studier samt sina egna temperaturmodeller, och beräknade på basen av dem att gas frigörs från asteroidens mineralstruktur då den går nära solen, vilket kan förorsaka att mineralerna bryts ned. Trycket från koldioxiden och vattenångan är tillräckligt högt för att lyfta små dammpartiklar från asteroidens yta.
– Natriumutsläpp kan förklara den svaga svansen som vi ser nära solen, och termisk nedbrytning kan förklara hur damm och grus lösgörs från Phaeton, säger förste författaren till forskningsartikeln, forskardoktor Eric MacLennan från Helsingfors universitet.
– Det var fint att observera hur varje bit i listan på mineraler som upptäcktes under studien tycktes falla på plats och förklara också hur asteroiden beter sig, sammanfattar biträdande professor Mikael Granvik från Helsingfors universitet.
Publikationen
MacLennan, E., Granvik, M. Thermal decomposition as the activity driver of near-Earth asteroid (3200) Phaethon. Nat Astron (2023).