Ryugu örneklerindeki çelişkiye ipucu: Suyla değişen kayaç ilk bileşimini nasıl korudu?

Japonya'da Kanazawa Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi'nin öncülük ettiği bir araştırma grubu, Hayabusa2 sondasının Ryugu asteroidinden getirdiği örneklerde ve bazı karbonlu göktaşlarında şimdiye kadar yeterince fark edilmemiş bir bileşen saptadı: düşük kristalli magnezyum silikat hidrata (kısaca M-S-H) benzeyen bir malzeme. Communications Earth & Environment dergisinde 7 Eylül'de yayımlanan çalışmaya göre bu madde, kozmokimyanın uzun süredir yanıt aradığı bir çelişkiye ipucu veriyor.

Hem değişmiş hem ilkel

Ryugu ve bazı karbonlu göktaşları, Güneş Sistemi'nin en erken döneminde oluşmuş gök cisimlerinin kalıntıları sayılıyor. "İlkel" diye anılmalarının nedeni, Güneş Sistemi oluştuğu sıradaki element bileşimini iyi korumaları. Ancak bu kayaçlar oluştuktan sonra suyla yoğun biçimde tepkimeye girmiş, özgün minerallerinin büyük bölümü başka minerallere dönüşmüş. Bilim insanları bu sürece sulu başkalaşım diyor.

Sorun şu: Bir kayaç suyla tepkimeye girdiğinde bazı elementler suya geçebilir ya da yer değiştirebilir; bu da başlangıçtaki bileşimin bozulması demek. Tokyo Üniversitesi'nin bülteninde, bu kayaçların suyla güçlü biçimde tepkimeye girmiş olmalarına karşın erken Güneş Sistemi'nin element bileşimini korumaları, kozmokimyanın uzun süredir çözülemeyen sorularından biri olarak tanımlanıyor.

Güçlü X-ışınlarıyla bakış

Çalışmanın başında Kanazawa Üniversitesi'nden yüksek lisans öğrencisi Reon Okumura, aynı üniversitenin Japon Denizi Çevre Araştırmaları Merkezi'nden Prof. Keisuke Fukushi ve Tokyo Üniversitesi'nden Prof. Yoshio Takahashi bulunuyor. Gruba Japonya Deniz-Yer Bilimi ve Teknolojisi Ajansı (JAMSTEC), Hiroşima Üniversitesi, Japonya Senkrotron Işınımı Araştırma Enstitüsü (JASRI), Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Kuruluşu (KEK) ve Tokyo Bilim Üniversitesi'nden araştırmacılar da katıldı.

Ekip örnekleri büyük bir senkrotron ışınım tesisinin ürettiği güçlü X-ışınlarıyla inceledi. Senkrotronlar, ışık hızına yakın hızlara çıkarılan elektronlardan son derece parlak X-ışınları elde eden tesisler. Çalışmanın açık erişimli veri kümesine göre ekip özellikle magnezyumun X-ışını soğurma yapısını (Mg K-kenarı XANES) ölçtü. Bu yöntem, bir elementin hangi kimyasal çevrede bulunduğunu kristal düzeni zayıf malzemelerde bile ortaya koyabiliyor.

Esnek bileşimli bir madde

Sonuçlar, M-S-H'ye benzeyen düşük kristalli bileşenin hem Ryugu'da hem de karbonlu göktaşlarında yaygın olduğunu gösterdi. Bu göktaşlarının ve Ryugu'nun ana kütlesi, ince taneli bir dolgu malzemesinden (matris) oluşuyor; makalenin başlığı da bileşenin C türü, yani karbonca zengin asteroitlerin matrislerine yaygın biçimde dağıldığını vurguluyor. "Düşük kristalli" ifadesi, atomların düzenli bir kristal örgüsüne tam yerleşmediğini anlatıyor; bu tür malzemeler klasik mineral analizlerinde kolayca gözden kaçabiliyor. Tokyo Üniversitesi'nin Japonca bülteni bu bileşeni "görünmez madde" diye niteliyor.

M-S-H'nin dikkat çeken özelliği, magnezyum ve silisyumu çok farklı oranlarda barındırabilmesi. Genelde bir maddenin bileşimi değiştikçe kararlı kalabildiği sulu ortam da değişir. Ancak ekip laboratuvar deneyleri ve mevcut verilerle M-S-H'nin suda çözünürlüğünü incelediğinde, farklı bileşimdeki M-S-H'lerin benzer sulu koşullarda var olabildiğini buldu.

Bu, kayacın bileşimi yerden yere değişse bile suyla tepkimenin bu farkları büyük ölçüde silmeden ilerlemiş olabileceği anlamına geliyor. Araştırmacılara göre M-S-H'nin bu özelliği, Ryugu ve benzeri göktaşlarının "güçlü biçimde değişmiş ama yine de ilkel" görünmesini açıklamak için güçlü bir ipucu.

Sınırlar ve açık sorular

Çalışma çelişkiyi kesin olarak çözdüğünü öne sürmüyor; bülten bulguyu bir ipucu olarak sunuyor ve sonuçların bir olasılığı desteklediğini vurguluyor. M-S-H'nin asteroidin ana gövdesinde nasıl oluştuğu, zamanla hangi minerallere dönüştüğü ve bu sürecin elementlerin dağılımını ne ölçüde koruduğu, başka örneklerle ve ayrıntılı modellerle sınanması gereken sorular olarak duruyor.

Ryugu örnekleri, Japonya Uzay Araştırma Ajansı'nın (JAXA) Hayabusa2 görevinin 2020'de Dünya'ya bıraktığı kapsülle geldi ve o günden bu yana pek çok çalışmaya konu oluyor. NASA'nın OSIRIS-REx görevinin getirdiği Bennu örnekleri de benzer sorulara yanıt aranan ikinci büyük karbonca zengin asteroit koleksiyonu. Aynı yaklaşımın Bennu malzemesine uygulanması, bulgunun tek bir asteroide mi özgü yoksa C türü asteroitler için genel bir özellik mi olduğunu ortaya koyabilir.