Obrazový kredit: WUSTL
Ann Nguyen si vybrala riskantný projekt pre svoje postgraduálne štúdium na Washingtonskej univerzite v St. Louis. Tím univerzity už prešiel cez 100 000 zŕn z meteoritu, aby hľadal konkrétny typ stardust? bez úspechu.
V roku 2000 sa Nguyen rozhodla skúsiť znova. O 59 000 zŕn neskôr sa jej brutálne rozhodnutie vyplatilo. Nguyen a jej poradca, Ernst K. Zinner, Ph.D., vedecký profesor fyziky a vedy o Zemi a planéte, v odbore Umenie a vedy, v marcovom čísle 5. marca opisujú deväť škvŕn silikátovej stardust? predolárne kremičitanové zrná? od jedného z najprimitívnejších známych meteoritov.
„Nájdenie predolárnych kremičitanov v meteorite nám hovorí, že slnečná sústava tvorená plynom a prachom, z ktorých niektoré nikdy neboli veľmi horúce, než z horúcej slnečnej hmloviny,“ hovorí Zinner. „Analýza takýchto zŕn poskytuje informácie o ich hviezdnych zdrojoch, jadrových procesoch v hviezdach a fyzikálnom a chemickom zložení hviezdnych atmosfér.“
V roku 1987 Zinner a jeho kolegovia z Washingtonskej univerzity a skupina vedcov z University of Chicago našli prvú hviezdnu hviezdu v meteorite. Tieto predolárne zrná boli škvrny diamantu a karbidu kremíka. Hoci sa v meteoritoch objavili iné typy, žiadny z nich nebol vyrobený z kremičitanu, zlúčeniny kremíka, kyslíka a ďalších prvkov, ako je horčík a železo.
"Bolo to dosť tajomstvo, pretože z astronomických spektier vieme, že kremičitanové zrná sa javia ako najhojnejší typ kyslíka bohatého zrna vyrobeného v hviezdach," hovorí Nguyen. "Až doteraz sa však predolárne kremičitanové zrná izolovali iba zo vzoriek častíc medziplanetárneho prachu z komét."
Naša slnečná sústava sa vytvorila z oblaku plynu a prachu, ktorý sa rozliehal do vesmíru výbuchom červených gigantov a supernov. Časť tohto prachu tvorila asteroidy a meteority sú úlomky asteroidov. Väčšina častíc v meteoritoch sa navzájom podobá, pretože prach z rôznych hviezd sa homogenizoval v pekle, ktoré formovalo slnečnú sústavu. Čisté vzorky niekoľkých hviezd sa však zachytili hlboko vo vnútri niektorých meteoritov. Zrná, ktoré sú bohaté na kyslík, možno rozoznať podľa ich neobvyklých pomerov kyslíkových izotopov.
Nguyen, postgraduálna študentka prírodných a planetárnych vied, analyzovala asi 59 000 zŕn z Acferu 094, meteoritu, ktorý sa našiel v Sahare v roku 1990. Zrná oddelila vo vode namiesto tvrdých chemikálií, ktoré môžu zničiť silikáty. Použila tiež nový typ iónovej sondy s názvom NanoSIMS (Sekundárny iónový hmotnostný spektrometer), ktorý dokáže rozlíšiť objekty menšie ako mikrometer (jedna milióntina metra).
Zinner a Frank Stadermann, Ph.D., vedecký pracovník v Laboratóriu vesmírnych vied na univerzite, pomohli navrhnúť a otestovať NanoSIMS, ktorý vyrába spoločnosť CAMECA v Paríži. Washingtonská univerzita za cenu 2 milióny dolárov získala prvý nástroj na svete v roku 2001.
Iónové sondy nasmerujú lúč iónov na jedno miesto na vzorke. Lúč uvoľní niektoré z vlastných atómov vzorky, z ktorých niektoré sa ionizujú. Tento sekundárny lúč iónov vstupuje do hmotnostného spektrometra, ktorý je nastavený na detekciu konkrétneho izotopu. Iónové sondy teda môžu identifikovať zrná, ktoré majú nezvyčajne vysoký alebo nízky podiel tohto izotopu.
Na rozdiel od iných iónových sond však NanoSIMS dokáže detegovať súčasne päť rôznych izotopov. Lúč sa tiež môže automaticky pohybovať z jedného miesta na druhé, takže v jednom experimentálnom nastavení je možné analyzovať mnoho stoviek alebo tisícov zŕn. „NanoSIMS bol pre tento objav nevyhnutný,“ hovorí Zinner. „Tieto predolárne kremičitanové zrná sú veľmi malé? iba zlomok mikrometra. Tieto merania umožnili vysoké priestorové rozlíšenie a vysoká citlivosť prístroja. “
Pomocou primárneho lúča iónov cézia Nguyen starostlivo zmeral množstvo troch izotopov kyslíka? 16O, 17O a 18O? v každom z mnohých zŕn, ktoré študovala. Deväť zŕn s priemerom od 0,1 do 0,5 mikrometrov malo neobvyklé pomery izotopov kyslíka a bolo vysoko obohatené kremíkom. Tieto predolárne kremičitanové zrná spadajú do štyroch skupín. Päť zŕn bolo obohatených o 17 ° a mierne ochudených o 18 °, čo naznačuje, že za ich izotopové zloženie kyslíka bolo zodpovedné hlboké miešanie v červenom obrovi alebo v asymptotických obrovských vetvách.
Jedno zrno bolo veľmi vyčerpané pri 18 ° C, a preto sa pravdepodobne vyrábalo v hviezdach s nízkou hmotnosťou, keď povrchový materiál zostupoval do oblastí dostatočne horúcich na podporu jadrových reakcií. Ďalšia bola obohatená o 16O, čo je typické pre zrná z hviezd, ktoré obsahujú menej prvkov ťažších ako hélium ako naše slnko. Posledné dve zrná boli obohatené o 17O a 18O, a tak mohli pochádzať zo supernov alebo hviezd, ktoré sú v porovnaní s našim slnkom obohatené o prvky ťažšie ako hélium.
Získaním energeticky disperzných rôntgenových spektier Nguyen určil pravdepodobné chemické zloženie šiestich zŕn presolárne. Zdá sa, že existujú dva olivíny a dva pyroxény, ktoré väčšinou obsahujú kyslík, horčík, železo a kremík, ale v rôznych pomeroch. Piaty je kremičitan bohatý na hliník a šiesty je obohatený kyslíkom a železom a mohol by byť sklom so zabudovaným kovom a sulfidmi.
Prevažná väčšina zŕn bohatých na železo je prekvapujúca, tvrdí Nguyen, pretože astronomické spektrá v atmosfére okolo hviezd detegovali viac zŕn bohatých na horčík ako zrná bohatých na železo. „Je možné, že do týchto zŕn sa pri formovaní slnečnej sústavy začlenilo železo,“ vysvetľuje.
Tieto podrobné informácie o hviezdach dokazujú, že vesmírne vedy sa dajú robiť v laboratóriu, hovorí Zinner. „Analýza týchto malých škvŕn nám môže poskytnúť informácie, ako napríklad podrobné izotopové pomery, ktoré nemožno získať tradičnými metódami astronómie,“ dodáva.
Nguyen teraz plánuje pozrieť sa na pomery izotopov kremíka a horčíka v deviatich zrnách. Chce tiež analyzovať ďalšie typy meteoritov. „Acfer 094 je jedným z najprimitívnejších meteoritov, ktorý sa našiel,“ hovorí. „Očakávali by sme, že bude mať najvyššie množstvo presolárnych zŕn. Pri pohľade na meteority, ktoré prešli väčším spracovaním, sa môžeme dozvedieť viac o udalostiach, ktoré môžu tieto zrná zničiť. “
Pôvodný zdroj: WUSTL News Release
