Se denominan planetesimales a los primeros cuerpos sólidos con apariencia asteroidal aparecidos en el Sistema Solar. Afortunadamente un número importante de ellos no pasó a formar parte de los planetas que crecieron de su agregación y han sobrevivido hasta nuestros días. En el rango de decenas de kilómetros a cientos de metros existen asteroides que podemos considerar primigenios dado que contienen los materiales sólidos que condensaron alrededor del Sol mucho antes de haberse formado la Tierra. Esos asteroides contienen los materiales sólidos que giraban alrededor del Sol en el llamado disco protoplanetario (Fig. 1). Son auténticos fósiles de la creación de la materia sólida en nuestro sistema planetario gracias a que, al no hacerse mayores de unos pocos cientos de km, se enfriaron rápidamente y sus materiales formativos nunca se fundieron. En esta entrada presento el estudio que acabamos de publicar en la prestigiosa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) sobre los asteroides progenitores de dos grupos de condritas carbonáceas.

Las nuevas misiones de retorno de muestras Hayabusa 2 de JAXA y OSIRIS-REx de NASA nos facilitan evidencia de cómo han llegado a nuestros días esos asteroides carbonáceos, llamados así por su contenido en materia orgánica. En un estudio previo demostramos que, como consecuencia de las colisiones entre asteroides, están cubiertos de una capa de regolito que puede llegar a ser tan profunda como un tercio del diámetro del asteroide (Beitz et al., 2016). La recogida de muestras de Bennu realizada por OSIRIS-REx bien ejemplificaba esas propiedades, cuando la sonda se hundió como consecuencia de la fragilidad y porosidad del terreno débilmente apilado.

Uno de los grandes retos al que nos enfrentamos de cara al estudio de la mineralogía de asteroides, su clasificación a distancia y el posible uso de técnicas de minería espacial es la identificación remota de los asteroides en base al estudio de sus muestras, nos lleguen como meteoritos o retornadas mediante sondas. Algunas de ellas nos llegan gratuitamente en forma de meteoritos y, por tanto, nos proporcionan valiosa información sobre sus asteroides originarios. Junto a mi doctoranda Safoura Tanbakouei y otros colegas en los últimos años hemos estado estudiando la mineralogía y propiedades reflectivas de dos grupos de esa clase de meteoritos no diferenciados conocidos como condritas carbonáceas CV y CK. Estos proceden de pequeños asteroides formados a grandes distancias del Sol que son un legado de los primeros bloques constitutivos de los planetas.

Figura 1. El fundido de los primeros agregados micrométricos en el disco protoplanetario generó los cóndrulos y otros tipos de materiales que conforman las condritas. A la izqda. arriba aparece una partícula de polvo interplanetario y a la derecha un cóndrulo de la condrita Allende del grupo CV. Abajo se muestra una representación esquemática del disco protoplanetario.

PRESENTANDO A NUESTRAS PROTAGONISTAS, LAS CONDRITAS CV Y CK

Los meteoritos nos llegan mayoritariamente del cinturón principal de asteroides. Una región en la que actualmente conocemos unos 700.000 asteroides pero en la que hay varios millones, particularmente si consideramos la definición de la Unión Astronómica Internacional y completásemos esa catalogación hasta los asteroides con diámetros mínimos de un metro. La mayoría de asteroides a lo largo de los 4565 millones de años pasados desde que se agregaron han sufrido procesos de colisión que han alterado parcialmente algunas de sus propiedades primigenias. Como consecuencia los impactos han excavado cráteres, apilado materiales sobre sus superficies torturadas o, incluso, si el proyectil es de un tamaño similar produciendo la desintegración completa del asteroide. Por ello, el Sistema Solar está hoy en día plagado de fragmentos de asteroides. El mayor almacén es el cinturón de asteroides pero también hay otras regiones en las que se han preservado.

El grupo de condritas carbonáceas CV recibe su nombre del primer meteorito identificado de esa clase: Vigarano caído en Italia en 1910. La Tierra recibe de tanto en tanto la masiva caída de uno de estos oscuros bloques asteroidales. De hecho, en 1969 tuvo lugar una impresionante caída de unas dos toneladas de meteoritos sobre Pueblito de Allende, Chihuahua, México. Este grupo de condritas está integrado por 598 meteoritos con nombres diferentes (generalmente asignados por la Sociedad Meteorítica según el lugar de caída), siendo las CV uno de los grupos con mayor número de especímenes. Son rocas que han experimentado un grado de metamorfismo importante y, aunque su cuerpo progenitor no se fundió, sí que poseyó un diámetro considerable y fue expuesto a grandes impactos que alteraron sus materiales térmicamente.

Por otro lado, nuestras segundas protagonistas las condritas carbonáceas del grupo CK reciben su acrónimo de la caída del meteorito Karoonda ocurrida en Australia en 1930. Los especímenes pertenecientes a este grupo se encuentran altamente oxidadas y poseen abundante magnetita y otros óxidos. El cuerpo progenitor sufrió un proceso de alteración acuosa bastante extenso (Trigo-Rodríguez et al., 2019). Por ello, poseen cantidades bastante bajas de granos metálicos de Fe-Ni, bastante más comunes en las CV. En general, los materiales de las condritas CK han sufrido fracturas conminutas debido al grado de procesado colisional que han experimentado desde su consolidación. 

Figura 2. Un gran impacto pudo ser el origen de la desintegración catastrófica de un asteroide carbonáceo del que pudieron surgir fragmentos evolucionando de manera distinguible y generando las condritas CV y CK. Imagen cortesía de Don Dixon.

DOS GRUPOS DE CONDRITAS: ¿UN MISMO ORIGEN?

Diversos trabajos previos ya habían apuntado las afinidades de ambos grupos de condritas carbonáceas (Kallemeyn et al., 1991; Greenwood et al., 2010; Cloutis et al., 2012). De hecho, existe múltiple evidencia que sugiere esas similitudes en base a las abundancias elementales, las propiedades mineralógicas (por ejemplo, la afinidad en las magnetitas) o, también, los isótopos de oxígeno de ambos grupos CV y CK. Aunque este origen común sigue debatido, en general parece indicar una relación entre ambos grupos de condritas carbonáceas. Surgen muchas preguntas: ¿podrían proceder de una región anular del disco protoplanetario o quizás sean producto de un cuerpo común formado posteriormente?

En nuestro artículo hemos explorado un escenario evolutivo en el que las condritas CV y CK evolucionaron diferentemente desde un mismo asteroide progenitor como consecuencia de un gran impacto que produjo grandes fragmentos. Tales asteroides supervivientes se separarían dinámicamente, exponiéndose a impactos con otros cuerpos. En ese escenario, dependiendo de la región en que permaneciesen y la magnitud y naturaleza de tales impactos podría dar lugar a asteroides emparentados en los que al final el grado de oxidación fue diferente. En particular, las condritas CK presentan un grado de procesamiento térmico superior, indicando que su procesado por impactos pudo ser superior. De hecho, hemos descubierto que, al aumento el grado metamórfico del meteorito, la reflectancia disminuye mostrando un espectro con una absorción más profunda de la región en torno a una micra.

El descubrimiento de un número significativo de nuevas condritas CK en La Antártida ha aumentado la disponibilidad de este tipo de condritas. De hecho, el Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC) es repositorio internacional de meteoritos que nos llegan directamente desde la NASA. Nuestro estudio analiza las propiedades reflectivas de algunos de ellos en primicia. Algunas de estas nuevas condritas CK exhiben bajos niveles de meteorización terrestre, por lo que son una buena fuente para la comparación espectroscópica con otras condritas carbonáceas y hasta cierto punto con asteroides. 

 

Figura 3. Espectros de reflexión de diversas condritas CK y CV (en azul) comparados con el espectro del asteroide 221 Eos (en rojo).

¿QUÉ NOS DICE LA REFLECTIVIDAD Y SU MINERALOGÍA ASOCIADA?

Como resultado de la afinidad entre ambos grupos, encontramos plausible que las condritas CV y CK surgiesen de un asteroide progenitor común que evolucionaría en varias piezas como consecuencia de los impactos que los separaron. Greenwood et al. (2010) y Cloutis et al. (2012) sugirieron que ambos grupos de condritas podrían tener la familia de asteroides Eos como fuente más probable. Eso también parece ser corroborado por la evidencia que algunos miembros de la familia de 221 Eos poseen características peculiares en sus espectros de reflectancia que se ajustan a algunas peculiaridades que hemos observado.

Nuestro estudio ha revelado una similitud significativa entre los espectros de reflectancia de las condritas CV-CK y los asteroides pertenecientes a la clase espectral Cg. La diversidad específica podría ser consecuencia del calentamiento térmico debido a diferente grado de procesamiento por colisiones. Como consecuencia de ese procesado, los principales silicatos se trituran y fragmentan, produciendo minerales inducidos por choques y opacos que quedan en las matrices de los meteoritos como legado de esos procesos. Los espectros de reflectancia de las condritas CV y CK comparadas con el asteroide 221 Eos se muestran en la figura 3.

Para explicar estas observaciones hemos desarrollado un escenario evolutivo, en el que los fragmentos asteroidales podrían haber sido dinámicamente separados por la acción de fuerzas no gravitacionales. Como consecuencia de la evolución colisional diferenciada de materiales en un inicio intrínsecamente similares, cada asteroide terminaría con diferentes grados de meteorización espacial, alteración acuosa y metamorfismo por impacto (Tanbakouei et al., 2021).

Por otra parte, encontramos que los minerales de alteración acuosa identificados podrían formarse como consecuencia natural del procesado colisional y bajo la alteración acuosa inducida en sus asteroides progenitores. Algunos de esos procesos podrían ser motivados por proyectiles ricos en agua que irían modificando el grado de oxidación de los materiales. De ese modo, el procesado colisional progresivamente aumentaría la cantidad de minerales opacos en las matrices de estos meteoritos para participar en el oscurecimiento que se evidencia en los espectros de las condritas CV-CK.

El problema es complejo, todo un puzle que esperamos poder resolver en un futuro en base a nuestros estudios en laboratorio de los meteoritos que alcanzan la Tierra y también de las muestras retornadas por futuras misiones exploratorias como Hayabusa 2 de JAXA y OSIRIS REx de NASA. Este estudio culmina cerca de una década de investigación sobre condritas carbonáceas en el marco de tres proyectos del plan nacional de astronomía y astrofísica AYA para estudiar, recuperar meteoritos y plantear las técnicas de la posible explotación futura de sus asteroides progenitores.  Actualmente en curso tenemos el proyecto PGC2018-097374-B-I00 financiado por FEDER/⁠Ministerio de Ciencia e Innovación – Agencia Estatal de Investigación.

 

     BIBLIOGRAFIA

     Beitz E., Blum J., Parisi M.G., and Trigo-Rodríguez J.M. (2016) The collisional evolution of undifferentiated asteroids and the formation of chondritic meteoroids, Astrophysical Journal, in press, 29 pp.
     Cloutis E., Hudon P., Hiroi T., Gaffey M. (2012) Spectral reflectance properties of carbonaceous chondrites: 7. CK chondrites. Icarus, 221, 911-924
     Greenwood R.C., I.A. Franchi, A.T.Kearsley, and O. Alard (2010) The relationship between CK and CV chondrites. Geochimica et Cosmochimica Acta 74, 1684-1705.
     Kallemeyn G. W., Rubin A. E., Wasson J. T. (1991) The compositional classification of chondrites: V. The Karoonda (CK) group of carbonaceous chondrites. Geochimica et Cosmochimica Acta, 55, 881-892.
     Tanbakouei S., Trigo-Rodríguez J.M., Llorca, J., Moyano-Cambero C.E., Williams, I.P., and Rivkin A.S. (2021) The Reflectance Spectra of CV-CK Carbonaceous chondrites from the Near Infrared to the Visible, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stab2146, 14 pp.
     Trigo-Rodríguez J.M., Moyano-Cambero C.E., Llorca J. et al. (2014) UV to far-IR reflectance spectra of carbonaceous chondrites - I. Implications for remote characterization of dark primitive asteroids targeted by sample-return missions, MNRAS 437, 227-240.
     Trigo-Rodríguez, J.M., Rimola, A., Tanbakouei, S., Cabedo-Soto, V., and Lee, M. R. (2019) Accretion of water in carbonaceous chondrites: current evidence and implications for the delivery of water to early Earth, Space Science Reviews 215:18, 27 pp.

 

Josep M. Trigo-Rodríguez
Josep M. Trigo-Rodríguez

Científico titular del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), e I.P. del Grupo de Meteoritos, Cuerpos menores y Ciencias Planetarias del ICE-CSIC. Entre 2003 y 2005 fue postdoc del Instituto of Geofísica y Física Planetaria de UCLA. Tras la publicación de más de medio centenar de artículos arbitrados sobre los cuerpos menores del Sistema Solar y más de una decena de libros, el Minor Planet Center catalogó un asteroide en su honor con el nombre: 8325 Trigo-Rodríguez.

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Asteroides, cometas y planetas nos proporcionan meteoritos: muestras únicas e irrepetibles llegadas desde lejanos rincones del Sistema Solar. Sus materiales son auténticos fósiles de la creación y datan procesos acaecidos hace miles de millones de años. Acompañadme en este viaje hacia los orígenes...

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