Kometen sind die am weitesten entfernten Objekte, die mit unserem Stern, der Sonne, in Verbindung stehen. Ihre Untersuchung, ebenso wie die der Asteroiden, ermöglicht es, den astrophysikalischen Entstehungskontext des Sonnensystems und seine frühe Entwicklung nachzuvollziehen.
Ultrakohlenstoffreiche Mikrometeorit (Elektronenmikroskop-Aufnahme, 20 µm = 0,02 Millimeter). Das sichtbare organische Material im oberen Teil des Partikels wurde höchstwahrscheinlich an der Oberfläche eines Kometen während der Bestrahlung von Eis durch galaktische kosmische Strahlung gebildet.
Da ihre in situ Untersuchung schwierig ist und die Anzahl der Missionen, denen dieses Kunststück gelungen ist, nicht ausreicht, um einen umfassenden Überblick über ihre Zusammensetzung zu erhalten, bleibt die Untersuchung von Meteoriten und Mikrometeoriten bis heute ein unverzichtbarer Weg, um die Geschichte des Sonnensystems zu verstehen.
Während die überwältigende Mehrheit der Meteoriten von Asteroiden stammt, sind Mikrometeoriten – außerirdische Staubpartikel mit einer Größe von einigen Dutzend bis Hunderten von Mikrometern – überwiegend kometarischen Ursprungs. Sie stammen aus weiter entfernten und kälteren Regionen als denjenigen, in denen Asteroiden umlaufen, und stellen somit einen eigenständigen geochemischen Marker dar.
Die von Wissenschaftlern des Physiklabors "2 infinis Irène Joliot Curie" (IJCLab) seit fast zwei Jahrzehnten am Dome C nahe der französisch-italienischen Forschungsstation Concordia im Zentrum der Antarktis unter der Schirmherrschaft des Französischen Polarinstituts Paul-Émile Victor (IPEV) durchgeführten Expeditionen haben es ermöglicht, eine weltweit einzigartige Sammlung außerirdischen Staubs zusammenzutragen.
Einige dieser Partikel weisen außergewöhnlich hohe Kohlenstoffkonzentrationen auf: die Ultrakohlenstoffreichen Antarktischen Mikrometeoriten (UCAMMs).
Eine Zusammenarbeit zwischen französischen Forschern des CNRS und amerikanischen Forschern der Carnegie Institution, der Arizona State University und des Naval Research Laboratory führte zur ersten systematischen Untersuchung der isotopischen Zusammensetzung leichter Elemente (Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff) in UCAMMs mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie. Die Analyse der kohlenstoffhaltigen Komponente der UCAMMs zeigt eine Mischung aus organischem Material, dessen Isotopenverhältnisse stark von denen auf der Erde abweichen.
Die Stickstoffisotopenzusammensetzung in einer organischen Komponente der UCAMMs ist vergleichbar mit der der Sonne, was darauf hinweist, dass sich das organische Material einiger UCAMMs aus dem primordialen Stickstoffreservoir (N2) des Sonnensystems gebildet hat. Andere organische Komponenten weisen sehr hohe 15N/14N-Verhältnisse auf, ähnlich denjenigen, die in einigen primitiven Meteoriten oder in interplanetarem Staub beobachtet wurden, der von der NASA gesammelt wurde, und deuten auf eine Entstehung aus sekundären Reservoirs hin, die während der isotopischen Fraktionierungsprozesse in der protoplanetaren Scheibe entstanden sind.
(oben) Szenario zur Bildung des organischen Materials in kometarischen Mikrometeoriten.
(1) Stickstoffhaltige organische Molekülreservoirs mit unterschiedlichen Isotopenzusammensetzungen koexistieren in der protoplanetaren Scheibe.
(2) Diese Moleküle kondensieren in Form von Eismänteln an den Oberflächen von Kometen in den äußeren Regionen (jenseits des Planeten Neptun). Diese Eise werden von galaktischer kosmischer Strahlung (GCR) bestrahlt.
(3) Nach der Sublimation der Eise bildet sich an der Kometenoberfläche ein refraktärer organischer Rückstand (eine Kruste).
(4) Beim Eintritt in das innere Sonnensystem werden aus den Oberflächen der Kometen staubartige Partikel (die UCAMMs), die reich an organischem Material sind, herausgeschleudert. Ein sehr kleiner Teil dieser Stäube kann von unserem Planeten eingefangen und im antarktischen Schnee gesammelt werden.
Das organische Material in den UCAMMs hat sich höchstwahrscheinlich an der Oberfläche von Kometen während der Bestrahlung von stickstoffreichem Eis durch kosmische Strahlung aus unserer Galaxie gebildet. Die in dieser Studie gewonnenen Daten ermöglichen es, den Schleier über die isotopische Zusammensetzung der kometaren Eismäntel zu lüften. Kometen, die im Kuiper-Gürtel oder in der Oortschen Wolke, weit außerhalb der Umlaufbahnen der eisigen Riesenplaneten (Uranus und Neptun), liegen, sind eisige Objekte, die äußerst schwer zu erreichen sind und für die uns nur begrenzte Informationen vorliegen.
Die Untersuchung von Mikrometeoriten, die reich an organischem Material sind, eröffnet somit ein neues Fenster zur Untersuchung der Zusammensetzung des Eises an den Oberflächen von Kometen. Ihr organisches Material stellt ein außergewöhnliches Archiv der kondensierten flüchtigen Elemente an der Oberfläche der kältesten Objekte des Sonnensystems dar. Diese Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Referenzen:
Nitrogen organics from comets probed by ultra-carbonaceous Antarctic micrometeorites,
Nature Astronomy, veröffentlicht am 10. September 2024.
Doi: 10.1038/s41550-024-02364-y