Skąd pochodzi pył kosmiczny na Ziemi? Może mieć źródło w nieznanej planetoidzie

Choć pył kosmiczny nieustannie opada na powierzchnię Ziemi, ustalenie, z jakich obiektów pochodzi, wciąż pozostaje jednym z wyzwań astronomii. Nowe badanie wskazuje, że część mikrometeorytów może wywodzić się z nieznanej dotąd planetoidy.

Badania pyłu kosmicznego

Jak opisują astronomowie, Ziemia gromadzi dużo „pyłu kosmicznego”, składającego się głównie z mikrometeorytów, które przetrwały wejście w atmosferę. Zapewnia on naukowcom tani oraz łatwy sposób pozyskiwania próbek do badania naszego kosmicznego sąsiedztwa. Ustalenie, z jakich obiektów pochodzi poszczególny materiał, może być jednak trudne, jeśli ich ciała macierzyste nie znajdują się w dostępnych katalogach. W ramach nowego badania naukowcy m.in. z Vrije Universiteit Brussel, Vrije Universiteit Amsterdam, Imperial College London, University of Kent, University of Pisa oraz The Open University opisali nowy podzbiór pyłu kosmicznego o tajemniczym pochodzeniu oraz sposób, w jaki poszukiwali jego źródeł. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.

Niektóre mikrometeoryty, nazywane sferulami kosmicznymi (cosmic spherules), topią się podczas wejścia w atmosferę, przyjmując kulisty kształt. W wyniku nagrzania tracą swoją pierwotną strukturę mineralną, co utrudnia identyfikację ich ciał macierzystych. W niektórych przypadkach izotopy tlenu działają jak chemiczny ślad, pomagając badaczom określić pochodzenie tego pyłu. Około 10 proc. sferul kosmicznych wykazuje jednak niezwykle niski udział izotopu tlenu-16, który nie odpowiada żadnej wcześniej zidentyfikowanej grupie meteorytów. Badacze określają je mianem sferul kosmicznych „Grupy 4”.

Astronomowie uważają, że parametry orbitalne również mogą okazać się przydatne w identyfikacji źródeł pyłu kosmicznego.

„W jednym szczególnym przypadku właściwości mineralogiczne i teksturalne podzbioru sferul kosmicznych dostarczają informacji o parametrach orbitalnych ciała macierzystego, w tym o mimośrodzie orbity oraz prędkości wejścia w atmosferę Ziemi. Podzbiór ten nazwano CumPo od charakterystycznej tekstury porfirowej kumulatowego oliwinu (cumulate olivine porphyritic texture), w której fenokryształy oliwinu (olivine phenocrysts) tworzą skupiska i stopniowo zwiększają swoje rozmiary od jednej strony sferuli do drugiej” – twierdzą naukowcy.

Zdaniem badaczy cechy charakterystyczne sferul CumPo wskazują na nietypowe parametry orbitalne, które mogą świadczyć o pochodzeniu z dotąd niezidentyfikowanych ciał macierzystych. W szczególności wcześniejsze badania tej tekstury sugerowały, że niektóre sferule weszły w atmosferę Ziemi z wyjątkowo dużą prędkością, co może wskazywać na wysoki mimośród orbity ich ciała macierzystego.

Nowy typ sferul kosmicznych

Aby lepiej poznać ich pochodzenie, badacze przeanalizowali 10 sferul kosmicznych CumPo pochodzących z Antarktydy oraz nowszych próbek zebranych z dachów budynków w miastach. Przyjrzeli się bliżej ich teksturom, kluczowym minerałom i składowi chemicznemu. Zmierzyli również skład izotopowy tlenu w celu identyfikacji źródła pochodzenia materiału.

Naukowcy stwierdzili liczne podobieństwa między obiema grupami próbek i zdefiniowali je jako nowy podzbiór bogatych w siarkę sferul kosmicznych o kumulatowej teksturze oliwinowej (sulfur-rich cumulate olivine cosmic spherules), który nazwano „SCumPo”. Podzbiór ten cechował się charakterystyczną dla Grupy 4 sygnaturą izotopową wskazującą na niski udział izotopu tlenu-16 (¹⁶O). Wykazywał również zestaw cech wskazujących na skrajnie redukujące warunki podczas wejścia w atmosferę. Obejmowały one niemal całkowity brak magnetytu, częste występowanie kropelek żelaza, niklu i siarki, niską zawartość niklu w kryształach oliwinu oraz szkliwo wyjątkowo bogate w siarkę.

W niektórych obszarach tej samej sferuli wykryto zarówno niski, jak i wysoki udział tlenu-16, co wskazuje, że pierwotny pył był najprawdopodobniej mieszaniną co najmniej dwóch różnych składników. Taki skład izotopowy nie powstaje bowiem w sposób naturalny.

Poszukiwania źródła tajemniczych mikrometeorytów

Następnie naukowcy przeprowadzili symulacje numeryczne osiadania kryształów podczas wyhamowywania w atmosferze, aby określić prawdopodobne prędkości wejścia i mimośrody orbit. Wyniki wykazały, że „osiadanie” kryształów oliwinu najprawdopodobniej zachodzi podczas wejścia w atmosferę z prędkością około 14–17 km/s. Zdaniem astronomów wskazuje to na bardziej wydłużone orbity, charakterystyczne raczej dla obiektów bliskich Ziemi niż dla obiektów pochodzących z pasa planetoid.

Jak opisują astronomowie, ciało macierzyste wydaje się być dotąd niepozyskaną, prymitywną, bogatą w siarczki planetoidą, spokrewnioną z grupą meteorytów węglistych znaną jako klan chondrytów CM–CO–CY (CM–CO–CY chondrite clan).

„Ponieważ powiązaliśmy ich skład z klanem chondrytów węglistych CM–CO–CY, jest prawdopodobne, że ich ciało macierzyste było prymitywną planetoidą węglistą, która przemieściła się na orbitę przecinającą orbitę Ziemi, osiągając parametry orbitalne podobne do komet. Mogła być to rozbita, zmieniona termicznie, lecz zawierająca wodę planetoida, która znalazła się w przestrzeni bliskiej Ziemi” – wskazują badacze.

Brakujący typ meteorytu może wciąż czekać na odkrycie

Badacze zauważają, że to hipotetyczne ciało macierzyste może stanowić „brakujący” typ meteorytu. Choć próbki mikrometeorytów już istnieją, w obecnych kolekcjach nie ma odpowiadającego im większego fragmentu. Zdaniem autorów jego odnalezienie dzięki przyszłym misjom lub nowym odkryciom pomogłoby lepiej poznać nasze kosmiczne sąsiedztwo.

Emil Gołoś