Астрономія
Астрономія

Психея виявилася завеликою для пористого металевого астероїда

Астероїд 16 Психея знову запідозрили у нижчій металевості. Її маса не дала б їй охолонути до потрібної для забезпечення пористості температури, а тому, імовірно, астероїд є не багатим металом пористим тілом, а сумішшю заліза з іншими матеріалами. На це вказують результати моделювання, згідно з яким всім, навіть найменшим металевим астероїдам, необхідне охолодження до 800 кельвінів, щоб принаймні половина їхнього об'єму була пористою і пояснювала низьку щільність, яку спостерігають астрономи. Психея ж замолода, щоб набути такої пористості, пишуть вчені у Journal of Geophysical Research: Planets.

Maxar / ASU / P. Rubin / NASA / JPL-Caltech

Maxar / ASU / P. Rubin / NASA / JPL-Caltech

Чому всі сумніваються у металевості Психеї?

По всьому поясу астероїдів астрономи фіксують об'єкти, які можуть бути уламками ядер планет, яким не судилося сформуватися. Це астероїди М-типу, серед яких 16 Психея є найбільшим, володіючи діаметром у 223 кілометри. Такі тіла характеризуються відносно невиразними спектрами у видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах, але високим радіолокаційним альбедо, що вказує на багаті металом поверхні. Власне цим вони і приваблюють вчених, адже можуть допомогти уточнити формування, ріст і руйнування планет.

Тіла розміром з Психею мали б пережити приблизно 1,5 мільйони років зіткнень у рамках історії Сонячної системи, а тому бути унікальними залишками збереженого ядра планетезималей. Втім, якщо кілька років тому консенсус астрономів полягав у тому, що Психея є майже повністю металевою, то з новими даними про її щільність і спектральні характеристики, сучасні гіпотези щодо її властивостей і походження розійшлися. Поточні оцінки маси деяких астероїдів М-типу включно з Психеєю вказують, що їм не вистачає об'ємної щільності.

Низькі значення цього параметру вимагають або того, щоб астероїди мали настільки високу пористість, щоб половина їхнього обсягу становив порожній простір, або щоб астероїди були сумішшю металу та інших матеріалів з нижчою щільністю, таких як силікатні породи. Так спостережувана об'ємна щільність Психеї вказує на те, що якби вона складалася повністю з заліза, то мала б бути більш як на половину пористою грудою щебеню. І з метою зрозуміти, чи справді можливе металеве тіло з високою пористістю, команда вчених із Браунівського університету в США змоделювала еволюцію Психеї з часом, враховуючи можливі діапазони температур, початкову пористість та масу її тіла.

То на що схожа Психея?

Щоб розібратися з природою Психеї, спершу вчені спробували визначити температури, за яких металеві тіла можуть зберегти свою пористість. Початковими температурами моделей визначають умови на час події, яка б могла збільшити пористість об'єкта, а за постійну температуру взяли середню температуру Психеї у 137 кельвінів. Так Психею змоделювали як тіло з чистого заліза з початковими температурами у 600, 650, 700, 750, 800, 850 і 900 кельвінів, а також початковою пористістю у 50, 60, 70 і 80 відсотків. У результаті якогось з моделювань дослідники мали отримати значення пористості у 52 відсотки, яку має Психея сьогодні.

Модель показує, що для того, щоб залишатися такою пористою, внутрішня температура Психеї повинна знизитися нижче 800 кельвінів незадовго після її утворення. За вищих температур залізо було б більш піддатливим, а тому власна гравітація Психеї зруйнувала б більшу частину порового простору. Ґрунтуючись на тому, що відомо про умови у ранній Сонячній системі, дослідники доходять висновку, що вкрай малоймовірно, що тіло розміром із Психею могло так швидко охолонути. Крім того, будь-яка подія, яка могла б збільшити пористість Психеї вже після її утворення, наприклад, сильне зіткнення, також нагріло би Психею до температури вище 800 кельвінів і не дало б порам зберегтися.

Результати моделювання свідчать: показують, що всі залізні астероїди повинні охолонути до низьких температур нижче 800-925 кельвінів і залишатися при них від 10 до 100 мільйонів років, що важко узгодити з нашими поточними даними про еволюцію Сонячної системи. Відповідно, чисто залізна Психея не могла б достатньо охолонути, щоб зберегти високу пористість, до того ж у час, коли у ранній Сонячній системі, швидше за все, активно відбувалися події зіткнення.

Однак якщо таким великим тілам, як Психея, потрібно багато часу, щоб охолонути до низьких температур, то цей сценарій не заперечує металевість менших за розміром астероїдів М-типу, які остигають швидше. Вони матимуть нижчий внутрішній тиск і, отже, втрачатимуть пористість меншою мірою, ніж Психея при аналогічних температурах.

Чому тоді Психея здається металевою?

Прямим поясненням знайдених на поверхні Психеї металів навіть за умови, що вона не повністю металева, може бути явище феровулканізму. Так якщо астероїд є диференційованим тілом з тонкою кам'янистою мантією, то метали цілком могли б потрапити на поверхню. Тож найімовірніше, що Психея являє собою тіло з кам'янистою мантією і залізним ядром та більше схожа на астероїд 21 Лютеція, який є сумішшю металів і силікатів. Однак це не стосується менших за розмірами астероїдів М-типу і вони потенційно можуть бути дійсно металевими і водночас пористими.

Як ми зазначили, вчені вже не вперше обмежують Психею у її металевості. Минулого разу це, наприклад, зробили замішавши у лабораторії три компоненти, що входять до складу астероїда. І спектральні характеристики такої лабораторної Психеї вказали на частку металів принаймні у 82,5 відсотка.


Фото в анонсі: Maxar / ASU / P. Rubin / NASA / JPL-Caltech