Ryugu Svelato: L’Invecchiamento Spaziale Accade in un Lampo (UV)?

Ciao a tutti, appassionati di stelle e misteri cosmici! Oggi vi porto con me in un viaggio incredibile verso un piccolo mondo lontano, l’asteroide Ryugu. Grazie alla straordinaria missione Hayabusa2 della JAXA (l’agenzia spaziale giapponese), abbiamo potuto mettere le mani – o meglio, i nostri strumenti più sofisticati – su campioni incontaminati di questo corpo celeste primitivo. E quello che stiamo scoprendo sta riscrivendo alcune delle nostre idee su come funzionano le cose là fuori, nello Spazio profondo.

Un Tesoro Cosmico Sotto la Lente

Immaginate: piccoli granelli di polvere e roccia che hanno viaggiato per miliardi di anni, testimoni silenziosi della nascita del nostro Sistema Solare. Ryugu è un asteroide di tipo C, ricco di carbonio e, potenzialmente, di acqua e molecole organiche – gli ingredienti base per la vita! Studiare questi campioni è come aprire una capsula del tempo.

Ma c’è un “problema”: lo Spazio non è un luogo tranquillo. Le superfici degli asteroidi sono costantemente bombardate da radiazioni solari (come i raggi UV), vento solare (particelle cariche) e micrometeoriti. Questo processo, chiamato invecchiamento spaziale (space weathering), altera la composizione e l’aspetto delle rocce spaziali. Capire come funziona è fondamentale per interpretare correttamente ciò che osserviamo con i telescopi e per ricostruire la storia di questi corpi celesti.

La Firma dell’Acqua e i Segreti di Ryugu

Uno degli aspetti più interessanti dei campioni di Ryugu è la presenza di una specifica “firma” nel loro spettro di luce nel vicino infrarosso (NIR): una banda di assorbimento intorno a 2.7 micrometri (µm). Questa banda è legata alla presenza di gruppi ossidrile (OH), spesso parte di minerali idrati (fillosilicati), che sono fondamentalmente rocce che hanno interagito con l’acqua liquida in passato. L’intensità (profondità) e la posizione esatta di questa banda possono dirci molto sullo stato di “salute” di questi minerali e, potenzialmente, sul grado di invecchiamento spaziale subito.

La missione Hayabusa2 ha raccolto campioni in due modi diversi:

• Touchdown 1 (TD1): Campioni dalla superficie, raccolti nella camera A. Ci aspettiamo che questi siano i più “vissuti”, i più esposti all’invecchiamento spaziale.
• Touchdown 2 (TD2): Campioni raccolti vicino a un cratere artificiale creato apposta dalla missione (con un proiettile chiamato SCI). Questi campioni, finiti nella camera C, dovrebbero essere un mix di materiale superficiale e materiale più profondo, scavato dall’impatto, e quindi potenzialmente meno alterato.

La nostra curiosità era alle stelle: confrontando i campioni delle camere A e C, potevamo sperare di isolare gli effetti dell’invecchiamento spaziale?

Un Metodo di Analisi Super Preciso

Analizzare la banda a 2.7 µm non è banale. È asimmetrica e probabilmente composta da diverse sotto-bande sovrapposte, dovute non solo ai gruppi OH legati a metalli come Ferro (Fe) e Magnesio (Mg), ma forse anche a tracce d’acqua (H2O) o gruppi amminici (NH). Per sbrogliare questa matassa, abbiamo sviluppato un metodo di analisi più sofisticato rispetto ai precedenti. Invece di usare una singola funzione matematica (Gaussiana) per approssimare il picco principale, ne abbiamo usate ben sei! Questo ci ha permesso di “smontare” la banda complessa nelle sue componenti individuali (che abbiamo chiamato f1, f2, …, f6) e di calcolare con estrema precisione la posizione del picco complessivo e la sua profondità. È come usare una lente d’ingrandimento molto più potente per vedere i dettagli nascosti.

Risultati Sorprendenti: Due Tipi di Superficie e un Intermedio Misterioso

Analizzando 207 particelle (119 dalla camera A, 88 dalla C), abbiamo fatto scoperte affascinanti.
Guardando la relazione tra la posizione del picco della banda a 2.7 µm e la sua profondità, abbiamo notato un trend generale: più il picco si sposta verso lunghezze d’onda maggiori (longward shift), più la banda diventa meno profonda (meno intensa). Questo è considerato un chiaro segno di disidratazione e alterazione dovuta all’invecchiamento spaziale.

Ma ecco la sorpresa: le particelle della camera A (superficie) si dividono nettamente in due gruppi:

• Gruppo Aα: Posizione del picco a lunghezze d’onda più corte e banda più profonda. Sembrano particelle “fresche”, poco o per nulla alterate dall’invecchiamento spaziale.
• Gruppo Aβ: Posizione del picco a lunghezze d’onda più lunghe e banda meno profonda. Queste particelle mostrano chiaramente i segni di un forte invecchiamento spaziale.

E le particelle della camera C (sotto-superficie/ejecta)? Qui le cose si fanno interessanti. Invece di assomigliare tutte al gruppo “fresco” Aα, come ci si potrebbe aspettare dal materiale scavato, molte particelle C mostrano caratteristiche intermedie tra Aα e Aβ. Si posizionano proprio a metà strada nel nostro grafico.

L’Ipotesi Audace: Invecchiamento Spaziale… Rapido?

Questa caratteristica intermedia delle particelle C ci ha fatto grattare la testa. Se provenivano dal sottosuolo, perché mostravano segni di alterazione, seppur leggeri? Poteva l’invecchiamento spaziale agire molto più velocemente di quanto pensassimo?

Abbiamo formulato un’ipotesi: forse le particelle della camera C, pur essendo state scavate dall’impatto dell’SCI, non sono state raccolte immediatamente. Sono rimaste esposte all’ambiente spaziale per circa tre mesi, tra l’esperimento del cratere (aprile 2019) e il secondo touchdown (luglio 2019). In quei tre mesi, cosa avrebbe potuto alterarle leggermente? I processi “classici” di invecchiamento spaziale (vento solare, micrometeoriti) richiedono migliaia o milioni di anni per avere effetti significativi. Ma c’è un altro attore in gioco: la radiazione ultravioletta (UV) del Sole.

Potevano tre mesi di esposizione ai raggi UV solari essere sufficienti a causare quella piccola, ma misurabile, alterazione osservata nelle particelle C?

Esperimenti in Laboratorio: Simulando il Sole su un Meteorite

Per testare la nostra idea, abbiamo deciso di fare un esperimento qui sulla Terra. Abbiamo preso un piccolo frammento del meteorite Ivuna, una condrite carbonacea CI molto simile per composizione a Ryugu. Lo abbiamo messo in un contenitore speciale, protetto dall’aria terrestre (in atmosfera di azoto), e lo abbiamo “bombardato” con luce UV intensa per un’ora. Questa ora di laboratorio equivaleva a circa 258 ore (quasi 11 giorni) di esposizione ai raggi UV solari a 1 UA (la distanza Terra-Sole), che corrispondono a circa 18 giorni sull’orbita di Ryugu (che è un po’ più lontano dal Sole).

Ebbene, i risultati preliminari sono stati incoraggianti! Dopo l’irradiazione UV, abbiamo misurato di nuovo lo spettro del meteorite Ivuna e abbiamo osservato proprio quello che sospettavamo:

• La profondità della banda a 2.7 µm è diminuita (circa del 3%).
• La posizione del picco si è spostata leggermente verso lunghezze d’onda maggiori (circa 1 nanometro).

Questa tendenza è qualitativamente simile alla differenza che vediamo tra le particelle “fresche” Aα e quelle “intermedie” C di Ryugu! Sembra quindi plausibile che un’esposizione relativamente breve (settimane o mesi) ai raggi UV solari possa effettivamente iniziare ad alterare la firma spettrale dell’acqua su questi asteroidi.

Una Nuova Visione dell’Invecchiamento Spaziale

Questi risultati aprono scenari affascinanti. L’invecchiamento spaziale potrebbe avere diverse “velocità”. I processi più energetici, come gli impatti di micrometeoriti e il vento solare, agiscono su tempi lunghissimi (da migliaia a miliardi di anni) e causano alterazioni profonde (come la fusione superficiale, la formazione di nanoparticelle di ferro, che portano alle caratteristiche del gruppo Aβ). Ma la radiazione UV solare potrebbe indurre cambiamenti più sottili, come una leggera disidratazione e modifica dei legami OH, su scale temporali molto più brevi (settimane, mesi, anni).

La nostra analisi dettagliata con le 6 Gaussiane suggerisce anche *come* questo potrebbe avvenire. Sembra che i raggi UV rompano preferenzialmente i legami OH più deboli (quelli associati alla componente f2 della nostra analisi, forse più ricchi di ferro), mentre i processi più energetici rompono indiscriminatamente tutti i tipi di legami OH (f1 e f2, associati rispettivamente a più magnesio e più ferro). Le particelle C mostrerebbero proprio questa rottura preferenziale dei legami più deboli.

Cosa Significa Tutto Questo?

La nostra ricerca suggerisce che l’invecchiamento spaziale su asteroidi come Ryugu è un processo complesso e multi-scala. Le particelle superficiali (Aβ) sono il risultato di eoni di esposizione a tutti i fattori di weathering. Quelle del sottosuolo (Aα) sono relativamente incontaminate. E quelle esposte per brevi periodi dopo un evento di scavo (C) potrebbero mostrare i primi, rapidi segni di alterazione dovuti principalmente ai raggi UV.

Certo, dobbiamo essere cauti. I nostri esperimenti UV sono preliminari. Dobbiamo considerare meglio gli effetti del riscaldamento indotto dagli UV stessi (che potrebbero contribuire alla disidratazione) e condurre esperimenti in condizioni ancora più realistiche (sotto vuoto, magari usando veri campioni di Ryugu se possibile, anche se sono preziosissimi!).

Ma l’idea che i raggi UV possano “invecchiare” la superficie di un asteroide in tempi così brevi è eccitante. Potrebbe spiegare alcune variazioni rapide osservate su altri corpi celesti e ci ricorda che l’Universo è un luogo dinamico, dove i cambiamenti avvengono su tutte le scale temporali, anche quelle che possiamo quasi “vedere” accadere durante una missione spaziale. Il viaggio nella comprensione di Ryugu e della storia del nostro Sistema Solare è appena iniziato!

Fonte: Springer