Dos cosmoquímicos de la Universidad Estatal de Arizona han realizado las primeras mediciones del agua contenida en muestras de la superficie de un asteroide. Las muestras procedían del asteroide Itokawa y fueron recogidas por la sonda espacial japonesa Hayabusa.

Los hallazgos del equipo sugieren que los impactos tempranos en la historia de la Tierra por asteroides similares podrían haber entregado hasta la mitad del agua del océano de nuestro planeta.

"Descubrimos que las muestras que examinamos estaban enriquecidas en agua en comparación con el promedio de los objetos del sistema solar interno, "dice Ziliang Jin. Un becario postdoctoral en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU, es el autor principal del artículo publicado el 1 de mayo en Avances de la ciencia informar los resultados. Su coautor es Maitrayee Bose, profesor asistente en la Escuela.

"Fue un privilegio que la agencia espacial japonesa JAXA estuviera dispuesta a compartir cinco partículas de Itokawa con un investigador estadounidense, "Dice Bose." También se refleja bien en nuestra escuela ".

La idea del equipo de buscar agua en las muestras de Itokawa fue una sorpresa para el proyecto Hayabusa.

"Hasta que lo propusimos, nadie pensó en buscar agua, "dice Bose." Me complace informar que nuestra corazonada dio sus frutos ".

En dos de las cinco partículas, el equipo identificó el mineral piroxeno. En muestras terrestres, los piroxenos tienen agua en su estructura cristalina. Bose y Jin sospecharon que las partículas de Itokawa también podrían tener rastros de agua, pero querían saber exactamente cuánto. Itokawa ha tenido una dura historia relacionada con la calefacción, múltiples impactos, choques y fragmentación. Estos elevarían la temperatura de los minerales y expulsarían el agua.

Para estudiar las muestras, cada uno tiene aproximadamente la mitad del grosor de un cabello humano, el equipo utilizó el espectrómetro de masas de iones secundarios a nanoescala de ASU (NanoSIMS), que puede medir granos minerales tan diminutos con gran sensibilidad.

Las mediciones de NanoSIMS revelaron que las muestras eran inesperadamente ricas en agua. También sugieren que incluso los asteroides nominalmente secos como Itokawa pueden, de hecho, albergar más agua de lo que los científicos han asumido.

Mundo fragmentado

Itokawa es un asteroide con forma de maní de aproximadamente 1, 800 pies de largo y 700 a 1, 000 pies de ancho. Circula alrededor del Sol cada 18 meses a una distancia promedio de 1,3 veces la distancia Tierra-Sol. Parte del camino de Itokawa lo lleva al interior de la órbita de la Tierra y, en el punto más lejano, barre un poco más allá del de Marte.

Basado en el espectro de Itokawa en telescopios terrestres, los científicos planetarios lo ubican en la clase S. Esto lo vincula con los meteoritos pedregosos, que se cree que son fragmentos de asteroides de tipo S desprendidos en colisiones.

"Los asteroides de tipo S son uno de los objetos más comunes en el cinturón de asteroides, ", dice Bose." Originalmente se formaron a una distancia del Sol de un tercio a tres veces la distancia de la Tierra ". Ella agrega que aunque son pequeños, estos asteroides han guardado el agua y otros materiales volátiles con los que se formaron.

En estructura, Itokawa se asemeja a un par de pilas de escombros apretujados. Tiene dos lóbulos principales, cada uno tachonado de rocas pero con diferentes densidades generales, mientras que entre los lóbulos hay una sección más estrecha.

Jin y Bose señalan que el Itokawa de hoy es el remanente de un cuerpo padre de al menos 12 millas de ancho que en algún momento se calentó entre 1, 000 y 1, 500 grados Fahrenheit. El cuerpo padre sufrió varios golpes grandes por impactos, con un último evento devastador que lo rompió. Después de que dos de los fragmentos se fusionaron y formaron el Itokawa de hoy, que alcanzó su tamaño y forma actuales hace unos 8 millones de años.

"Las partículas que analizamos provienen de una parte de Itokawa llamada Mar de las Musas, ", dice Bose." Es un área en el asteroide que es lisa y está cubierta de polvo ".

Jin agrega, "Aunque las muestras se recolectaron en la superficie, no sabemos dónde estaban estos granos en el cuerpo padre original. Pero nuestra mejor suposición es que fueron enterrados a más de 100 metros de profundidad ".

Agrega que a pesar de la catastrófica ruptura del cuerpo matriz, y los granos de muestra expuestos a radiación e impactos de micrometeoritos en la superficie, los minerales aún muestran evidencia de agua que no se ha perdido en el espacio.

Además, dice Jin, "Los minerales tienen composiciones isotópicas de hidrógeno que son indistinguibles de la Tierra".

Bose explica, "Esto significa que los asteroides de tipo S y los cuerpos parentales de las condritas ordinarias son probablemente una fuente crítica de agua y varios otros elementos para los planetas terrestres".

Ella agrega, "Y podemos decir esto sólo debido a las mediciones isotópicas in situ en muestras devueltas de regolito de asteroides:su polvo y rocas superficiales.

"Eso hace que estos asteroides sean objetivos de alta prioridad para la exploración".

Exploración de muestras

Bose señala que está construyendo un laboratorio limpio en ASU, que junto con el NanoSIMS (parcialmente financiado por la National Science Foundation) sería la primera instalación de este tipo en una universidad pública capaz de analizar los granos de polvo de otros cuerpos del sistema solar.

Otra misión japonesa, Hayabusa 2, se encuentra actualmente en un asteroide llamado Ryugu, donde recolectará muestras, traerlos de regreso a la Tierra en diciembre de 2020. El director del Centro de Estudios de Meteoritos de ASU, profesor Meenakshi Wadhwa, es miembro del equipo de Análisis Inicial de Química para la misión Hayabusa 2.

ASU también está a bordo de la misión de retorno de muestras OSIRIS-REx de la NASA, que está orbitando un asteroide cercano a la Tierra llamado Bennu. Entre otros instrumentos, la nave espacial lleva el espectrómetro de emisión térmica OSIRIS-REx (OTES), diseñado por el profesor Philip Christensen de ASU Regents y construido en la escuela. OSIRIS-REx está programado para recolectar muestras de Bennu en el verano de 2020 y traerlas de regreso a la Tierra en septiembre de 2023.

Para los científicos planetarios y cosmoquímicos que están haciendo un dibujo de cómo se formó el sistema solar, los asteroides son un gran recurso. Como bloques de construcción sobrantes para el sistema planetario, varían enormemente entre sí al tiempo que conservan materiales de principios de la historia del sistema solar.

Dice Bose, "Las misiones de retorno de muestras son obligatorias si realmente queremos hacer un estudio en profundidad de los objetos planetarios".

Y ella agrega, "La misión Hayabusa a Itokawa ha ampliado nuestro conocimiento del contenido volátil de los cuerpos que ayudaron a formar la Tierra. No sería sorprendente si un mecanismo similar de producción de agua es común para exoplanetas rocosos alrededor de otras estrellas".