Des échantillons de pierre ramenés sur Terre depuis l'astéroïde Ryugu ont vu leur composition élémentaire analysée à l'aide d'un faisceau de muons généré artificiellement par l'accélérateur de particules de J-PARC. Les chercheurs ont trouvé un certain nombre d'éléments importants nécessaires au maintien de la vie, notamment le carbone, l'azote et l'oxygène, mais ont également découvert que l'abondance d'oxygène par rapport au silicium dans l'astéroïde Ryugu était différente de toutes les météorites trouvées sur Terre, rapporte une nouvelle étude dans Sciences .

En 2014, l'explorateur d'astéroïdes sans pilote Hayabusa 2 a été lancé dans l'espace par l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) avec pour mission de ramener des échantillons de l'astéroïde Ryugu, un astéroïde de type C que les chercheurs croyaient riche en carbone. Après avoir atterri avec succès sur Ryugu et collecté des échantillons, Hayabusa 2 est revenu sur Terre en décembre 2020 avec des échantillons intacts.

Depuis 2021, les chercheurs ont effectué les premières analyses des échantillons, dirigées par le professeur Shogo Tachibana de l'Université de Tokyo. Divisés en plusieurs équipes, les chercheurs ont étudié les échantillons de différentes manières, y compris les formes de pierre, la distribution élémentaire et la composition minérale.

Dans cette étude, dirigée par le professeur de l'Université de Tohoku, Tomoki Nakamura, le professeur Tadayuki Takahashi et l'étudiant diplômé Shunsaku Nagasawa de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers (Kavli IPMU), Université de Tokyo, en collaboration avec l'Organisation de recherche sur les accélérateurs à haute énergie (KEK) Institute for Materials Structure Science, Osaka University, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Kyoto University, International Christian University, Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) et Tohoku University, ont appliqué des méthodes d'analyse élémentaire utilisant des muons négatifs, particules élémentaires produites par l'accélérateur de J-PARC.

Ils ont appliqué la méthode d'analyse élémentaire utilisant des muons négatifs aux pierres de l'astéroïde Ryugu, réussissant à déterminer de manière non destructive leurs compositions élémentaires.

C'était important, car si les astéroïdes du système solaire étaient construits au début de la formation du système solaire lui-même, ils retiendraient toujours des informations sur la composition élémentaire moyenne à ce moment-là, et donc sur l'ensemble du système solaire. /P>

Des analyses de météorites tombées sur Terre ont été effectuées dans le passé, mais il est possible que ces échantillons aient été contaminés par l'atmosphère terrestre. Ainsi, jusqu'à Hayabusa 2, personne ne savait avec certitude quelle était la composition chimique d'un astéroïde.

Mais les chercheurs ont relevé un défi. En raison de la quantité limitée d'échantillons et du grand nombre d'autres chercheurs souhaitant les étudier, ils devaient trouver un moyen d'effectuer leurs analyses sans les endommager afin que les échantillons puissent être transmis à d'autres groupes.

L'équipe avait développé une nouvelle méthode, qui impliquait de tirer un faisceau quantique, ou plus précisément un faisceau de muons négatifs, produit par l'un des plus grands accélérateurs de particules à haute énergie au monde J-PARC dans la préfecture d'Ibaraki, au Japon, pour identifier les éléments chimiques de échantillons sensibles sans les casser.

Takahashi et Nagasawa ont ensuite appliqué des techniques d'analyse statistique dans des expériences d'astronomie des rayons X et de physique des particules pour analyser les rayons X caractéristiques des muons.

Les muons sont l'une des particules élémentaires de l'univers. Leur capacité à pénétrer plus profondément dans les matériaux que les rayons X les rend idéales pour l'analyse des matériaux. Lorsqu'un muon négatif est capturé par l'échantillon irradié, un atome muonique se forme. Les rayons X muoniques émis par les nouveaux atomes muoniques ont une énergie élevée et peuvent donc être détectés avec une sensibilité élevée. Cette méthode a été utilisée pour analyser les échantillons de Ryugu.

Mais il y avait un autre défi. Afin d'éviter que les échantillons ne soient contaminés par l'atmosphère terrestre, les chercheurs devaient maintenir les échantillons hors de contact avec l'oxygène et l'eau de l'air. Par conséquent, ils ont dû développer une configuration expérimentale, enfermant l'échantillon dans une chambre d'hélium gazeux. Les parois intérieures de la chambre ont été recouvertes de cuivre pur pour minimiser le bruit de fond lors de l'analyse des échantillons.

En juin 2021, 0,1 gramme d'astéroïde Ryugu ont été introduits dans J-PARC, et les chercheurs ont effectué leur analyse aux rayons X des muons, qui a produit un spectre d'énergie. Ils y ont trouvé les éléments nécessaires à la production de vie, du carbone, de l'azote et de l'oxygène, mais ils ont également découvert que l'échantillon avait une composition similaire à celle des astéroïdes de chondrite carbonée (chondrite CI), souvent appelés la norme pour les substances solides. dans le système solaire. Cela a montré que les pierres de Ryugu étaient parmi les premières pierres à s'être formées dans notre système solaire.

Cependant, bien que de composition similaire à celle des chondrites CI, l'abondance d'oxygène de l'échantillon de Ryugu par rapport au silicium était d'environ 25 % inférieure à celle de la chondrite CI. Les chercheurs disent que cela pourrait indiquer que l'excès d'oxygène par rapport au silicium dans les chondrites CI pourrait provenir d'une contamination après leur entrée dans l'atmosphère terrestre. Les pierres de Ryugu pourraient établir une nouvelle norme pour la matière dans le système solaire. + Explorer plus loin

Grains de poussière de l'astéroïde Ryugu plus ancien que notre système solaire