Ryugu Asteroidinden Alınan Örneklerin Temel Yapısını İncelemek İçin Müon Işınları Kullanıldı!

J-Parc'taki parçacık hızlandırıcıdan yapay olarak üretilen bir müon ışını kullanılarak, asteroit Ryugu'dan Dünya'ya geri getirilen taş örnekleri analiz edildi. Science dergisindeki yeni bir çalışma, araştırmacıların karbon, nitrojen ve oksijen de dâhil olmak üzere yaşamı sürdürmek için gerekli bir dizi önemli element bulduğunu bildirdi.^[1] Araştırmacılar ayrıca, asteroit Ryugu'daki silikona göre oksijenin daha bol bulunmasının Dünya'da bugüne kadar bulunan tüm göktaşlarından farklı olduğunu söylüyor.

2014 yılında insansız asteroit kâşifi Hayabusa 2, Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı (JAXA) tarafından uzaya fırlatıldı. Hayabusa 2'nin görevi, araştırmacıların karbon bakımından zengin olduğuna inandıkları bir C tipi asteroit olan asteroit Ryugu'dan numuneler getirmekti. Ryugu'ya başarılı bir şekilde iniş yaptıktan ve numuneleri topladıktan sonra Hayabusa 2, hiç zarar görmemiş numunelerle Aralık 2020'de Dünya'ya geri döndü.

2021'den beri araştırmacılar, Tokyo Üniversitesi Profesörü Shogo Tachibana liderliğinde numunelerin ilk analizlerini yapıyorlar. Birkaç ekibe ayrılan araştırmacılar, numuneleri taş şekilleri, element dağılımı ve mineral bileşimi dâhil olmak üzere farklı şekillerde inceliyorlar.

Ekip, J-PARC'taki hızlandırıcı tarafından üretilen temel parçacıklar olan negatif müonları kullanarak element analizi metotlarını uyguladı. Asteroit Ryugu'dan gelen taşlara negatif müonlar kullanarak element analiz yöntemini uyguladılar ve hiç zarar gelmeden element bileşimini belirlemeyi başardılar.

Bu önemliydi, çünkü eğer Güneş sistemindeki asteroitler Güneş sisteminin oluşumunun başlangıcında oluşmuşlarsa, o zamanki ortalama element bileşimi ve dolayısıyla tüm Güneş sistemi hakkında hala bilgi saklıyor olacaklardı.

Geçmişte, Dünya'ya düşen göktaşlarının analizi yapıldı; ama bu numunelerin Dünya'nın atmosferi tarafından kirlenmiş olma ihtimalleri bulunuyor. Dolayısıyla, Hayabusa 2'ye dek, kimse bir asteroidin kimyasal bileşiminin ne olduğunu kesin olarak bilmiyordu.

Ancak bu esnada araştırmacılar, bir zorlukla karşılaştılar: Sınırlı sayıda örnek ve bunları incelemek isteyen çok sayıda araştırmacı olması nedeniyle, örneklerin diğer gruplara aktarılabilmesi için analizlerini zarar vermeden yürütmenin bir yolunu bulmaları gerekiyordu.

Ekip, hassas numunelerin kimyasal elementlerini zarar vermeden belirlemek için yeni bir metot geliştirdi. Metot, Japonya'nın Ibaraki eyaletindeki dünyanın en büyük yüksek enerjili parçacık hızlandırıcılarından J-PARC tarafından üretilen kuantum ışınlarını veya özellikle bir negatif müon ışınını çekmeye yönelikti.

Takahashi ve Nagasawa daha sonra, müon karakteristik röntgenini analiz etmek için, X-ışını astronomisi ve parçacık fiziği deneylerinde istatistiksel analiz teknikleri uyguladılar.

Müonlar, Evren'deki temel parçacıklardan biridir. X ışınlarına kıyasla malzemelerin daha derinine nüfuz etme yetenekleri, onları malzeme analizinde ideal kılar. Işınlanmış numune tarafından negatif bir müon yakalandığında, müonik atom oluşur. Yeni müonik atomlardan yayılan müonik X ışınları, yüksek enerjiye sahip olduğundan yüksek hassasiyetle tespit edilebilirler. Bu metot, Ryugu numunelerini analiz etmek için kullanıldı.

Ancak başka bir zorluk daha vardı: Numunelerin Dünya atmosferi tarafından kirlenmesini önlemek için araştırmacıların, numuneleri havadaki oksijen ve su ile temastan uzak tutmaları gerekiyordu. Bu yüzden, numuneyi bir helyum gazı odasında muhafaza edecek bir deney düzeneği geliştirmek zorunda kaldılar. Odanın iç duvarları, numunelerin analizi esnasında arka plan gürültüsünü en aza indirmek için saf bakır ile kaplandı.

Haziran 2021'de Ryugu asteroitinden 0.1 gramlık parça, J-PARC'a getirildi. Araştırmacılar, bir enerji spektrumu üreten müon X-ışını analizlerini yaptılar. Analizde, yaşam üretmek için gerekli karbon, azot ve oksijen elementleriyle karşılaştılar. Aynı zamanda numunenin, genellikle Güneş sistemindeki katı maddeler için standart olarak nitelendirilen karbonlu kondrit (CI kondrit) asteroitlerinin bileşimine benzer bir bileşime sahip olduğunu buldular. Bu, Ryugu kayalarının Güneş sistemimizde oluşan en eski kayalardan olduğunu gösterdi.

Bununla birlikte, bileşim CI kondritlerine benzer olsa da Ryugu numunesinin silikona göre oksijen bolluğu, CI kondritinkinden yaklaşık %25 daha azdı. Araştırmacılara göre bu, CI kondritlerindeki silikona göre aşırı oksijen bolluğunun, Dünya atmosferine girdikten sonra gerçekleşen kontaminasyondan kaynaklanabileceğini gösteriyor. Ryugu taşları Güneş sistemindeki maddeler için yeni bir standart oluşturabilir.

Ekibin sonuçları, müonik x-ışını metodunun başarısını ve gelecekteki uzay görevlerinin numunelerini analiz etmek için kullanılabileceğini gösteriyor.