Кредит за изображение: WUSTL
Ан Нгуен избра рискован проект за следдипломното си обучение във Вашингтонския университет в Сейнт Луис. Университетски екип вече беше пресял 100 000 зърна от метеорит, за да търси конкретен вид звездна прах? без успех.
През 2000 г. Нгуен реши да опита отново. Около 59 000 зърна по-късно решението й се изплати. В броя от 5 март на Science, Nguyen и нейният съветник, Ernst K. Zinner, доктор на науките, професор по физика и на земни и планетарни науки, както в областта на изкуствата, така и в науките, описват девет петънца силикатен звезден прах? пресоларни силикатни зърна? от един от най-примитивните метеорити, известни.
„Намирането на презоларни силикати в метеорит ни казва, че слънчевата система се е образувала от газ и прах, някои от които никога не са се нагрявали, а не от гореща слънчева мъглявина“, казва Цинер. „Анализът на такива зърна предоставя информация за техните звездни източници, ядрени процеси в звезди и физичните и химичните състави на звездна атмосфера.“
През 1987 г. Зинер и колегите му от Вашингтонския университет и група учени от Чикагския университет откриват първия звезден прах в метеорит. Тези пресоларни зърна са петънца от диамант и силициев карбид. Въпреки че оттогава са открити други видове метеорити, нито един не е направен от силикат, съединение на силиций, кислород и други елементи като магнезий и желязо.
"Това беше доста загадка, защото от астрономическите спектри знаем, че силикатните зърна изглеждат най-разпространеният вид богато на кислород зърно, направено в звезди", казва Нгуен. "Но досега дозоларните силикатни зърна са изолирани само от проби от междупланетни прахови частици от комети."
Нашата Слънчева система се образува от облак от газ и прах, които бяха изхвърлени в космоса чрез експлозия на червени гиганти и свръхнови. Част от този прах, образуван от астероиди, и метеоритите са фрагменти, съборени от астероиди. Повечето от частиците в метеоритите си приличат помежду си, защото прахът от различни звезди се хомогенизира в инферното, което оформя слънчевата система. Чистите проби от няколко звезди обаче попаднаха дълбоко в някои метеорити. Тези зърна, които са богати на кислород, могат да бъдат разпознати по техните необичайни съотношения на кислородните изотопи.
Нгуен, абитуриент по земни и планетарни науки, анализира около 59 000 зърна от Acfer 094, метеорит, открит в Сахара през 1990 г. Тя отдели зърната във вода, вместо с тежки химикали, които могат да унищожат силикатите. Тя също използва нов тип йонна сонда, наречена NanoSIMS (вторичен йонен мас спектрометър), която може да разрешава обекти, по-малки от микрометър (един милион от метър).
Зинер и Франк Щадерман, доктор на научните изследвания в лабораторията за космически науки в университета, помогнаха за проектирането и тестването на NanoSIMS, което е направено от CAMECA в Париж. С цената на 2 милиона долара, Университетът във Вашингтон придоби първия инструмент в света през 2001 г.
Йонните сонди насочват лъч от йони върху едно място върху пробата. Лъчът изхвърля част от собствените атоми на пробата, някои от които стават йонизирани. Този вторичен лъч от йони влиза в масспектрометър, който е настроен да открива определен изотоп. По този начин йонните сонди могат да идентифицират зърна, които имат необичайно висок или нисък дял от този изотоп.
За разлика от други йонни сонди обаче, NanoSIMS може да открие пет различни изотопа едновременно. Лъчът също може да пътува автоматично от място на място, така че много стотици или хиляди зърна могат да бъдат анализирани в една експериментална настройка. "NanoSIMS беше от съществено значение за това откритие", казва Цинер. „Тези пресоларни силикатни зърна са много малки? само частица от микрометър. Високата пространствена разделителна способност и висока чувствителност на инструмента направиха възможни тези измервания. "
Използвайки първичен лъч цезиеви йони, Нгуен старателно измерва количествата три изотопа на кислорода? 16O, 17O и 18O? във всяко от многото зърна, които е изучила. Девет зърна, с диаметър от 0,1 до 0,5 микрометра, имаха необичайни съотношения на изотоп на кислорода и бяха силно обогатени в силиций. Тези пресоларни силикатни зърна попаднаха в четири групи. Пет зърна бяха обогатени в 17O и леко изчерпани в 18O, което предполага, че дълбокото смесване в звезди от гигантски или асимптотични гигантски клони е отговорно за кислородните им изотопни състави.
Едно зърно е много изчерпано през 18О и следователно вероятно е произведено в звезда с ниска маса, когато повърхностният материал се спуска в райони, достатъчно горещи, за да поддържа ядрените реакции. Друг е обогатен с 16O, което е характерно за зърна от звезди, които съдържат по-малко елементи, по-тежки от хелия, отколкото нашето слънце. Последните две зърна бяха обогатени както в 17O, така и в 18O и така можеха да произхождат от свръхнови или звезди, които са по-обогатени с елементи, по-тежки от хелия, в сравнение с нашето слънце.
Чрез получаване на енергийно дисперсивни рентгенови спектри, Нгуен определи вероятния химичен състав на шест от презоларните зърна. Изглежда има два оливина и два пироксена, които съдържат най-вече кислород, магнезий, желязо и силиций, но в различни съотношения. Петият е богат на алуминий силикат, а шестият е обогатен с кислород и желязо и може да бъде стъклен с вграден метал и сулфиди.
Преобладаването на богатите на желязо зърна е изненадващо, казва Нгуен, защото астрономическите спектри са открили повече богати на магнезий зърна, отколкото богати на желязо зърна в атмосферите около звезди. „Възможно е желязото да е било вложено в тези зърна при създаването на слънчевата система“, обяснява тя.
Тази подробна информация за звезден прах доказва, че космическата наука може да се направи в лабораторията, казва Цинер. „Анализът на тези малки петънца може да ни даде информация, като подробни изотопни съотношения, които не могат да бъдат получени от традиционните техники на астрономията“, добавя той.
Сега Nguyen планира да разгледа съотношенията на изотопите на силиций и магнезий в деветте зърна. Тя иска да анализира и други видове метеорити. "Acfer 094 е един от най-примитивните метеорити, които са били открити", казва тя. „Така че бихме очаквали той да има най-голямо изобилие от пресоларни зърна. Като разгледаме метеоритите, които са преминали повече обработка, можем да научим повече за събитията, които могат да унищожат тези зърна. "
Оригинален източник: WUSTL News Release
