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[PPS03-01] 小惑星Bennu帰還粒子のバルク密度および形状の定量評価
キーワード：ベヌー、リュウグウ、オサイリス・レックス、はやぶさ2、小惑星、キュレーション
イントロダクション
小惑星からの帰還試料は、大気圏突入や地上風化の影響を受けていないため、小惑星を構成する岩石の本質的特徴を保持している。したがって、帰還試料の物理的特徴は、小惑星における物質進化を理解するうえで重要な情報となる。とくに、試料が分配される以前のキュレーション段階において、非破壊的に取得された試料の物理的特性に対して統計的アプローチを行うことにより、科学的に価値のある情報が得られる。リモート観測から、RyuguとBennuは類似したアルベド・密度・熱慣性を示すことから、同じ母天体に由来する可能性があることが示唆されている (Tatsumi et al., 2021)。一方、スペクトルの進化トレンドは真逆であることが分かっている (Yumoto et al., 2024)。本研究では、小惑星RyuguおよびBennuにおける物質進化の違いを理解するために、JAXAにおけるBennu試料の初期記載を通して粒子ごとのバルク密度および形状を定量的に評価し、Ryugu粒子のデータと統計的に比較する。
方法
NASAとの間の覚書に基づいて、Bennuから帰還した試料の総重量121.6 g (Lauretta et al., 2024) の0.5 wt.％を上回る重量 (664.4 ± 0.2 mg) のBennu試料が、5つの容器 (ORX19000からORX-59000) に分けてJAXAに割り当てられた。Bennu試料は大気非暴露のまま輸送され、宇宙科学研究所の窒素充填クリーンチャンバーに搬入された。ORX-19000およびORX-29000から、計101個の粒子を分取した。
光学デジタル顕微鏡 (Keyence VHX-8000) を用いて、粒子の顕微鏡画像を撮影するとともに、深度合成画像の撮影時に試料の厚さを取得した。顕微鏡画像をもとに、粒子輪郭に対する最大・最小キャリパー径および最適フィット楕円が求められた。マイクロ天秤 (A＆D AD-4212D) を用いて、容器の試料を入れる前後の重量を測定した。顕微赤外分光装置 (JASCO IRT-5200 / VIR-200) を用いて、波長2.0–13.3 μmの赤外反射スペクトルを取得した。
試料の厚さと、粒子輪郭への最適フィット楕円をもとに粒子を楕円体近似し、Miyazaki et al. (2023)で求められた体積補正係数を適用することで、バルク密度を推定した。
結果と議論
粒径 (最大キャリパー径) は0.79–4.25 mm、重量は0.04–11.05 mgの範囲であった。。バルク密度は0.35–2.97 g cm−3の範囲であり、平均値が1.87 g cm−3、標準偏差が0.41 g cm−3となる単峰型の頻度分布を示した。この平均値とばらつきは、第1回タッチダウンで採取されたRyugu粒子のバルク密度 (1.81 ± 0.30 g cm−3, Miyazaki et al., 2023) と概ね合致している。
粒子の三軸比に基づいて、すべての粒子が8つの形状タイプ (Blott and Pye, 2008) に分類された。もっとも一般的な形状は、101個中61個が分類されたSub-equant blockであり、これはRyugu粒子でも最も多い形状である (Miyazaki et al., 2023)。一方で、Bennu粒子には平面的形状であるSlab (6個/101個 ~ 5.9%) に分類されるものが多数存在しており、Ryugu粒子にはほとんど観察されなかった (1個/724個 ~ 0.1%, Miyazaki et al., 2023)。また、形状と密度の間に有意な相関は見られなかった。
Ryuguに比べてBennuの帰還試料にslab状の粒子が多い原因としては、まず小惑星上での採取方法 (弾丸型とガス圧型) の違いによるサンプリングバイアスが考えられる。しかし、リュウグウ粒子の場合、はやぶさ2のタッチダウン時にスラスター噴射によって飛散した粒子を評価した場合でも、slab状の粒子は稀であった (2個/67個 ~ 3.0%, Tachibana et al., 2022)。スラスター噴射によって飛ばされたリュウグウ粒子は、ガス圧サンプリング中のBennu粒子と同じようにふるまうはずである。そのため、RyuguとBennuのslab状粒子の頻度の違いは、これらの小惑星上における粒子形状の本質的な違いを反映している可能性がある。
また、slab状の粒子は、粗粒で比較的明るい表面を持っており、赤外波長領域で高い反射率を示した。Ryuguの場合、粒子表面の明るさは宇宙風化の程度の大きさを示している (Nakato et al., 2023)。また、Bennuのその場観測からは、表面が宇宙風化によって明るく進化したことが示されており (Yumoto et al., 2024)、宇宙風化がslab状粒子の表面の明るさの起源と関連している可能性がある。
小惑星からの帰還試料は、大気圏突入や地上風化の影響を受けていないため、小惑星を構成する岩石の本質的特徴を保持している。したがって、帰還試料の物理的特徴は、小惑星における物質進化を理解するうえで重要な情報となる。とくに、試料が分配される以前のキュレーション段階において、非破壊的に取得された試料の物理的特性に対して統計的アプローチを行うことにより、科学的に価値のある情報が得られる。リモート観測から、RyuguとBennuは類似したアルベド・密度・熱慣性を示すことから、同じ母天体に由来する可能性があることが示唆されている (Tatsumi et al., 2021)。一方、スペクトルの進化トレンドは真逆であることが分かっている (Yumoto et al., 2024)。本研究では、小惑星RyuguおよびBennuにおける物質進化の違いを理解するために、JAXAにおけるBennu試料の初期記載を通して粒子ごとのバルク密度および形状を定量的に評価し、Ryugu粒子のデータと統計的に比較する。
方法
NASAとの間の覚書に基づいて、Bennuから帰還した試料の総重量121.6 g (Lauretta et al., 2024) の0.5 wt.％を上回る重量 (664.4 ± 0.2 mg) のBennu試料が、5つの容器 (ORX19000からORX-59000) に分けてJAXAに割り当てられた。Bennu試料は大気非暴露のまま輸送され、宇宙科学研究所の窒素充填クリーンチャンバーに搬入された。ORX-19000およびORX-29000から、計101個の粒子を分取した。
光学デジタル顕微鏡 (Keyence VHX-8000) を用いて、粒子の顕微鏡画像を撮影するとともに、深度合成画像の撮影時に試料の厚さを取得した。顕微鏡画像をもとに、粒子輪郭に対する最大・最小キャリパー径および最適フィット楕円が求められた。マイクロ天秤 (A＆D AD-4212D) を用いて、容器の試料を入れる前後の重量を測定した。顕微赤外分光装置 (JASCO IRT-5200 / VIR-200) を用いて、波長2.0–13.3 μmの赤外反射スペクトルを取得した。
試料の厚さと、粒子輪郭への最適フィット楕円をもとに粒子を楕円体近似し、Miyazaki et al. (2023)で求められた体積補正係数を適用することで、バルク密度を推定した。
結果と議論
粒径 (最大キャリパー径) は0.79–4.25 mm、重量は0.04–11.05 mgの範囲であった。。バルク密度は0.35–2.97 g cm−3の範囲であり、平均値が1.87 g cm−3、標準偏差が0.41 g cm−3となる単峰型の頻度分布を示した。この平均値とばらつきは、第1回タッチダウンで採取されたRyugu粒子のバルク密度 (1.81 ± 0.30 g cm−3, Miyazaki et al., 2023) と概ね合致している。
粒子の三軸比に基づいて、すべての粒子が8つの形状タイプ (Blott and Pye, 2008) に分類された。もっとも一般的な形状は、101個中61個が分類されたSub-equant blockであり、これはRyugu粒子でも最も多い形状である (Miyazaki et al., 2023)。一方で、Bennu粒子には平面的形状であるSlab (6個/101個 ~ 5.9%) に分類されるものが多数存在しており、Ryugu粒子にはほとんど観察されなかった (1個/724個 ~ 0.1%, Miyazaki et al., 2023)。また、形状と密度の間に有意な相関は見られなかった。
Ryuguに比べてBennuの帰還試料にslab状の粒子が多い原因としては、まず小惑星上での採取方法 (弾丸型とガス圧型) の違いによるサンプリングバイアスが考えられる。しかし、リュウグウ粒子の場合、はやぶさ2のタッチダウン時にスラスター噴射によって飛散した粒子を評価した場合でも、slab状の粒子は稀であった (2個/67個 ~ 3.0%, Tachibana et al., 2022)。スラスター噴射によって飛ばされたリュウグウ粒子は、ガス圧サンプリング中のBennu粒子と同じようにふるまうはずである。そのため、RyuguとBennuのslab状粒子の頻度の違いは、これらの小惑星上における粒子形状の本質的な違いを反映している可能性がある。
また、slab状の粒子は、粗粒で比較的明るい表面を持っており、赤外波長領域で高い反射率を示した。Ryuguの場合、粒子表面の明るさは宇宙風化の程度の大きさを示している (Nakato et al., 2023)。また、Bennuのその場観測からは、表面が宇宙風化によって明るく進化したことが示されており (Yumoto et al., 2024)、宇宙風化がslab状粒子の表面の明るさの起源と関連している可能性がある。