Mediante análisis de rayos X, el asteroide ofrece una mirada al pasado de nuestro sistema solar

Imagínese abrir una cápsula del tiempo con la esperanza de aprender sobre el pasado antiguo. Excepto que en lugar de una caja o una caja, es un asteroide que podría proporcionar información sobre los albores de la vida en la Tierra.

Esta fue la situación a la que se enfrentaron los investigadores que utilizaron la Fuente de Luz Avanzada (ALS). Debido a que ALS es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, el equipo que trabaja allí ve muchos elementos inusuales, desde materiales de células solares hasta partículas afectadas por incendios forestales. Pero incluso para esta tripulación, la muestra del asteroide era inusual.

Afortunadamente, las herramientas innovadoras disponibles en ALS les han permitido ayudar a los científicos a profundizar en la historia de estas rocas traídas desde el espacio.

Así como el estudio de las rocas de la Tierra puede informarnos sobre la historia temprana de la Tierra, el estudio de objetos pequeños y primitivos como asteroides, meteoritos y cometas puede informarnos sobre la historia de nuestro sistema solar.

Las condritas son un tipo de meteorito particularmente útil. Son indiferenciados y químicamente primitivos. Las rocas que contiene se remontan al polvo y pequeños granos del sistema solar primitivo que se juntaron para formar un gran cuerpo.

Cierto tipo de condrita (llamada condrita carbonosa) retiene sustancias químicas relativamente abundantes que se evaporan fácilmente, incluidos el carbono y el agua. Estos son los componentes básicos de la vida en la Tierra. Al estudiar estos materiales preservados, los científicos pueden investigar una de las preguntas fundamentales de la humanidad: «¿De dónde venimos?»

El equipo que utilizó ALS examinó una muestra de la superficie del asteroide de tipo carbono Ryugu. Esperaban que este asteroide fuera similar a los meteoritos de condritas carbonosas. Ryugu está relativamente cerca de la Tierra, en comparación con los asteroides del cinturón principal entre Marte y Júpiter.

Los científicos suponen que Ryugu es un asteroide formado por un montón de escombros. Creen que se formó cuando un objeto chocó con su cuerpo original y luego las rocas que fueron expulsadas volvieron a fusionarse en un nuevo asteroide. Después de ese proceso, el asteroide pasó del cinturón principal a una órbita cercana a la Tierra.

La nave espacial Hayabusa 2 de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) recolectó muestras de dos sitios en la superficie de Ryugu en 2019 y las devolvió a la Tierra en 2020. El trabajo regulatorio en JAXA encontró un total de 5,4 gramos de muestra.

La agencia asignó una pequeña porción de la muestra al equipo de análisis inicial de la sonda Hayabusa 2, formado por unos 400 científicos de todo el mundo. Hikaru Yabuta de la Universidad de Hiroshima dirigió uno de los seis subequipos del equipo de análisis preliminar.

Secciones extremadamente delgadas de partículas de asteroides han llegado al Molecular Survey Instrument del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE.UU. Un escáner molecular permite a los científicos identificar con precisión los elementos y moléculas que se encuentran dentro de los materiales. Se utiliza un acelerador de partículas para producir haces de rayos X extremadamente brillantes. Al igual que las radiografías en el consultorio de un médico, estas radiografías revelan información sobre lo que hay dentro del cuerpo. Pero en lugar de simplemente iluminar los huesos, estos rayos X permiten a los científicos explorar las propiedades químicas y estructurales del propio material.

Primero, el equipo escaneó cuidadosamente la muestra en largas filas horizontales, como el texto de un libro, utilizando rayos X. Al medir cómo cambian los rayos X a medida que escanean, los científicos pueden identificar granos individuales de material orgánico en la muestra del asteroide. Estos granos eran pequeños, sólo 100 veces más grandes que una hebra de ADN.

Una vez que los científicos identificaron los granos de interés, utilizaron rayos X para revelar el tipo de enlaces químicos en los granos de carbono orgánico. En este caso, los investigadores utilizaron el proceso para mapear los diferentes elementos y grupos funcionales (disposiciones específicas de átomos) en la muestra.

Basándose en este análisis, los científicos descubrieron cuatro tipos diferentes de compuestos de carbono, así como diferentes tipos de estructuras. Después de identificar estos materiales, los científicos los compararon con meteoritos similares cuya historia ya conocían.

La recopilación de todos estos datos les permitió determinar una historia amplia del asteroide durante el sistema solar temprano, que se formó hace unos 4.600 millones de años. Las composiciones químicas del carbono orgánico en las muestras indicaron que la materia orgánica en Ryugu resultó de la alteración de precursores de ese material durante una reacción química con agua líquida en el cuerpo padre del asteroide.

Los isótopos de carbono en las muestras reflejaron que los materiales orgánicos primarios provenían del ambiente extremadamente frío del espacio (alrededor de -200 grados Celsius). El equipo fue el primero en demostrar el vínculo directo entre la materia orgánica de un asteroide carbonoso y materia orgánica similar en condritas carbonosas primitivas (meteoritos).

Faltaba notablemente un tipo de material: el grafito. El grafito es una forma familiar de carbono que se utiliza en los lápices. En los asteroides, el grafito o materiales similares al grafito son una señal de que el carbono se formó durante varios millones de años mediante calentamiento radiactivo en los cuerpos progenitores. Su ausencia indica que la muestra recolectada del asteroide nunca estuvo expuesta a un calor superior a 390°F (200°C).

El estudio de los materiales encontrados en Ryugu no es la primera, ni quizás la última, que los científicos utilizan el instrumento ALS para observar más de cerca las rocas desde el espacio. Los investigadores utilizaron el instrumento ALS para analizar partículas de polvo del cometa 81P/Wild 2 recogidas por la nave espacial Stardust de la NASA en 2006.

Los investigadores descubrieron que el polvo del cometa contiene materia orgánica. Este material está formado por enlaces químicos que contienen nitrógeno y oxígeno, así como por tipos de materia orgánica similares a los observados en el asteroide Ryugu y otros meteoritos de condritas.

Estos estudios demostraron herramientas y técnicas que han demostrado ser útiles para analizar muestras como las de la misión OSIRIS-REx de la NASA. Esta misión recogió muestras del asteroide Bennu. En el otoño de 2023, los trajo de regreso a la Tierra. La agencia emitió recientemente un Catálogo de muestras Para que los científicos estudien.

El ALS y otras fuentes de luz nos permiten trazar líneas desde la historia más temprana de nuestro sistema solar hasta la actualidad. Al arrojar luz sobre los objetos de nuestro sistema solar actual, los científicos de la Oficina de Ciencias del DOE y las instalaciones de los usuarios algún día podrían ayudarnos a comprender mejor cómo la Tierra se volvió habitable.