Źródło zdjęcia: WUSTL
Ann Nguyen wybrała ryzykowny projekt na studia podyplomowe na Washington University w St. Louis. Zespół uniwersytecki przesiał już 100 000 ziaren meteorytu, aby znaleźć szczególny rodzaj gwiezdnego pyłu? bezskutecznie.
W 2000 roku Nguyen postanowił spróbować ponownie. Około 59 000 ziaren później jej odważna decyzja się opłaciła. W numerze Science z 5 marca Nguyen i jej doradca, dr Ernst K. Zinner, profesor badawczy fizyki oraz nauk o ziemi i planetach, zarówno w Arts & Sciences, opisują dziewięć drobinek krzemianowego gwiezdnego pyłu? ziarna krzemianu presolarnego? z jednego z najbardziej prymitywnych znanych meteorytów.
„Znalezienie krzemianów przedpolarnych w meteorycie mówi nam, że układ słoneczny utworzył się z gazu i pyłu, z których część nigdy się nie nagrzała, a nie z gorącej mgławicy słonecznej”, mówi Zinner. „Analiza takich ziaren dostarcza informacji o ich źródłach gwiezdnych, procesach jądrowych w gwiazdach oraz o fizycznym i chemicznym składzie atmosfer gwiezdnych”.
W 1987 roku Zinner i współpracownicy z Washington University oraz grupa naukowców z University of Chicago znaleźli pierwszy pył gwiezdny w meteorycie. Te ziarna przedpolarne były drobinkami diamentu i węglika krzemu. Chociaż od tego czasu odkryto inne typy meteorytów, żaden z nich nie był wykonany z krzemianu, związku krzemu, tlenu i innych pierwiastków, takich jak magnez i żelazo.
„Było to dość tajemnicze, ponieważ wiemy z widm astronomicznych, że ziarna krzemianowe wydają się być najobfitszym rodzajem bogatego w tlen ziarna wytwarzanego w gwiazdach” - mówi Nguyen. „Ale do tej pory ziarna przedolarne krzemianu były izolowane tylko z próbek cząstek pyłu międzyplanetarnego z komet”.
Nasz układ słoneczny uformował się z chmury gazu i pyłu, które zostały wyrzucone w kosmos poprzez eksplodowanie czerwonych gigantów i supernowych. Część tego pyłu tworzy asteroidy, a meteoryty to fragmenty strącone z asteroid. Większość cząstek w meteorytach przypomina się nawzajem, ponieważ pył z różnych gwiazd ujednolicił się w piekle, które ukształtowało układ słoneczny. Jednak czyste próbki kilku gwiazd zostały uwięzione głęboko w niektórych meteorytach. Ziarna bogate w tlen można rozpoznać po ich niezwykłych stosunkach izotopów tlenu.
Nguyen, absolwentka nauk o ziemi i planetach, przeanalizowała około 59 000 ziaren z Acfer 094, meteorytu znalezionego na Saharze w 1990 roku. Oddzieliła ziarna w wodzie zamiast silnymi chemikaliami, które mogą niszczyć krzemiany. Użyła także nowego typu sondy jonowej o nazwie NanoSIMS (wtórny spektrometr mas jonowy), który może rozpoznawać obiekty mniejsze niż mikrometr (jedna milionowa metra).
Dr Zinner i Frank Stadermann, starszy naukowiec w Laboratorium Nauk Kosmicznych na uniwersytecie, pomogli zaprojektować i przetestować NanoSIMS, który jest produkowany przez CAMECA w Paryżu. Kosztem 2 milionów dolarów Washington University nabył pierwszy instrument na świecie w 2001 roku.
Sondy jonowe kierują wiązkę jonów na jedno miejsce w próbce. Wiązka usuwa niektóre własne atomy próbki, a niektóre z nich ulegają jonizacji. Wtórna wiązka jonów wchodzi do spektrometru masowego, który jest ustawiony do wykrywania określonego izotopu. Zatem sondy jonowe mogą identyfikować ziarna, które mają niezwykle wysoką lub niską część tego izotopu.
Jednak w przeciwieństwie do innych sond jonowych NanoSIMS może wykryć jednocześnie pięć różnych izotopów. Wiązka może również przemieszczać się automatycznie z miejsca na miejsce, dzięki czemu można analizować setki lub tysiące ziaren w jednym układzie doświadczalnym. „NanoSIMS był niezbędny do tego odkrycia”, mówi Zinner. „Ziarna krzemianu presolarnego są bardzo małe? tylko ułamek mikrometra. Wysoka rozdzielczość przestrzenna przyrządu i wysoka czułość umożliwiły te pomiary ”.
Korzystając z pierwotnej wiązki jonów cezu, Nguyen starannie zmierzył ilość trzech izotopów tlenu? 16O, 17O i 18O? w każdym z wielu ziaren, które studiowała. Dziewięć ziaren o średnicach od 0,1 do 0,5 mikrometra miało niezwykłe proporcje izotopów tlenu i były silnie wzbogacone w krzem. Te przedtrzonowe ziarna krzemianu dzieliły się na cztery grupy. Pięć ziaren zostało wzbogaconych w 17O i nieco zubożonych w 18O, co sugeruje, że głębokie mieszanie w czerwonych olbrzymach lub asymptotycznych gwiazdach gigantycznych gałęzi było odpowiedzialne za ich skład izotopowy tlenu.
Jedno ziarno było bardzo wyczerpane w 18O, a zatem prawdopodobnie zostało wyprodukowane w gwieździe o małej masie, gdy materiał powierzchniowy opadł na obszary wystarczająco gorące, aby utrzymać reakcje jądrowe. Kolejny został wzbogacony w 16O, który jest typowy dla ziaren gwiazd zawierających mniej pierwiastków cięższych niż hel niż nasze słońce. Ostatnie dwa ziarna zostały wzbogacone zarówno w 17O, jak i 18O, a więc mogły pochodzić z supernowych lub gwiazd, które są bardziej wzbogacone w pierwiastki cięższe niż hel w porównaniu z naszym słońcem.
Poprzez uzyskanie rentgenowskiego widma dyspersyjnego, Nguyen określił prawdopodobny skład chemiczny sześciu ziaren przedpolarnych. Wydaje się, że są dwie oliwiny i dwa pirokseny, które zawierają głównie tlen, magnez, żelazo i krzem, ale w różnych proporcjach. Piąty to krzemian bogaty w glin, a szósty jest wzbogacony w tlen i żelazo i może być szkłem z osadzonym metalem i siarczkami.
Zdaniem Nguyen przewaga ziaren bogatych w żelazo jest zaskakująca, ponieważ widma astronomiczne wykryły więcej ziaren bogatych w magnez niż ziaren bogatych w żelazo w atmosferach wokół gwiazd. „Możliwe, że żelazo zostało włączone do tych ziaren podczas tworzenia Układu Słonecznego”, wyjaśnia.
Ta szczegółowa informacja na temat pyłu gwiezdnego dowodzi, że nauki o kosmosie można wykonać w laboratorium, mówi Zinner. „Analiza tych małych plamek może dostarczyć nam informacji, takich jak szczegółowe stosunki izotopowe, których nie można uzyskać tradycyjnymi technikami astronomii”, dodaje.
Nguyen planuje teraz przyjrzeć się stosunkom izotopów krzemu i magnezu w dziewięciu ziarnach. Chce także analizować inne rodzaje meteorytów. „Acfer 094 jest jednym z najbardziej prymitywnych meteorytów, jaki znaleziono” - mówi. „Spodziewalibyśmy się, że będzie miał największą liczbę ziaren przedpolarnych. Patrząc na meteoryty, które zostały poddane dalszemu przetwarzaniu, możemy dowiedzieć się więcej o zdarzeniach, które mogą zniszczyć te ziarna ”.
Oryginalne źródło: WUSTL News Release
