Obrazový kredit: WUSTL
Ann Nguyen si vybrala riskantní projekt pro své postgraduální studium na Washingtonské univerzitě v St. Louis. Vysokoškolský tým již prošel přes 100 000 zrn z meteoritu, aby hledal určitý typ stardust? bez úspěchu.
V roce 2000 se Nguyen rozhodl zkusit znovu. O 59 000 zrn později se její brutální rozhodnutí vyplatilo. V čísle 5. března, Nguyen a její poradce, Ernst K. Zinner, Ph.D., profesor fyziky a věd o Zemi a planetárních vědách, oba v oboru Arts & Sciences, popisují devět skvrn křemičité stardust? předolární křemičitá zrna? od jednoho z nejprimitivnějších známých meteoritů.
"Nalezení presolárních křemičitanů v meteoritu nám říká, že sluneční soustava tvořená z plynu a prachu, z nichž některé nikdy nebyly velmi horké, spíše než z horké sluneční mlhoviny," říká Zinner. "Analýza takových zrn poskytuje informace o jejich hvězdných zdrojích, jaderných procesech ve hvězdách a fyzikálním a chemickém složení hvězdných atmosfér."
V roce 1987 Zinner a jeho kolegové z Washingtonské univerzity a skupina vědců z Chicagské univerzity našli první meteoritovou hvězdu. Tato presolická zrna byla skvrnami diamantu a karbidu křemíku. Ačkoli od té doby byly v meteoritech objeveny jiné typy, žádný nebyl vyroben z křemičitanu, sloučeniny křemíku, kyslíku a dalších prvků, jako je hořčík a železo.
"Bylo to docela tajemství, protože z astronomických spekter víme, že křemičitanová zrna se zdají být nejhojnějším typem kyslíku bohatého zrna vyrobeného ve hvězdách," říká Nguyen. "Až dosud se však předolární křemičitá zrna izolovala pouze ze vzorků meziplanetárních prachových částic z komet."
Naše sluneční soustava se vytvořila z oblaku plynu a prachu, které se rozletěly do vesmíru explozí červených obrů a supernov. Část tohoto prachu tvořila asteroidy a meteority jsou úlomky asteroidů. Většina částic v meteoritech se navzájem podobá, protože prach z různých hvězd se homogenizoval v pekle, které formovalo sluneční soustavu. Čisté vzorky několika hvězd se však uvěznily hluboko uvnitř některých meteoritů. Zrna, která jsou bohatá na kyslík, lze rozeznat podle jejich neobvyklých poměrů kyslíkových izotopů.
Nguyen, postgraduální student věd o Zemi a planetárních vědách, analyzovala asi 59 000 zrn z Acfer 094, meteoritu, který byl nalezen na Sahary v roce 1990. Zrna oddělila zrna ve vodě místo tvrdých chemikálií, které mohou zničit silikáty. Použila také nový typ iontové sondy s názvem NanoSIMS (Sekundární iontový hmotnostní spektrometr), který dokáže rozlišit objekty menší než mikrometr (miliontina metru).
Zinner a Frank Stadermann, Ph.D., vedoucí vědecký pracovník v laboratoři pro vesmírné vědy na univerzitě, pomohli navrhnout a otestovat NanoSIMS, který vyrábí společnost CAMECA v Paříži. Za cenu 2 milionů dolarů získala Washingtonská univerzita v roce 2001 první nástroj na světě.
Iontové sondy směrují paprsek iontů na jedno místo na vzorku. Paprsek uvolní některé vlastní atomy vzorku, z nichž některé se ionizují. Tento sekundární paprsek iontů vstupuje do hmotnostního spektrometru, který je nastaven tak, aby detekoval konkrétní izotop. Takto mohou iontové sondy identifikovat zrna, která mají neobvykle vysoký nebo nízký podíl tohoto izotopu.
Na rozdíl od jiných iontových sond však NanoSIMS dokáže detekovat pět různých izotopů současně. Paprsek může také cestovat automaticky z místa na místo, takže v jednom experimentálním nastavení může být analyzováno mnoho stovek nebo tisíc zrn. "NanoSIMS byl pro tento objev zásadní," říká Zinner. "Tato presolická křemičitá zrna jsou velmi malá?" pouze zlomek mikrometru. Tato měření byla možná díky vysokému prostorovému rozlišení a vysoké citlivosti přístroje. “
Pomocí primárního paprsku iontů cesia Nguyen pečlivě změřil množství tří izotopů kyslíku? 16O, 17O a 18O? v každém z mnoha zrn, které studovala. Devět zrn s průměry od 0,1 do 0,5 mikrometrů mělo neobvyklé poměry izotopů kyslíku a bylo vysoce obohaceno křemíkem. Tato presolická křemičitá zrna spadala do čtyř skupin. Pět zrn byla obohacena o 17 ° a mírně ochuzená o 18 °, což naznačuje, že za jejich izotopové složení s kyslíkem bylo zodpovědné hluboké smíchání s červeným obřím nebo asymptotickým obřím větev.
Jedno zrno bylo v roce 18O velmi vyčerpáno, a proto se pravděpodobně vyrábělo v hvězdné hmotě s nízkou hmotností, když povrchový materiál sestoupil do oblastí dostatečně horkých na podporu jaderných reakcí. Další byl obohacen o 16O, což je typické pro zrna z hvězd, která obsahují méně prvků těžších než helium než naše slunce. Poslední dvě zrna byla obohacena o 17O a 18O, a tak mohla pocházet ze supernov nebo hvězd, které jsou ve srovnání s naším sluncem obohaceny o prvky těžší než hélium.
Získáním energeticky disperzních rentgenových spekter Nguyen určil pravděpodobné chemické složení šesti presolárních zrn. Zdá se, že existují dva oliviny a dva pyroxeny, které obsahují většinou kyslík, hořčík, železo a křemík, ale v různých poměrech. Pátý je křemičitan bohatý na hliník a šestý je obohacen o kyslík a železo a mohl by být sklo se zabudovaným kovem a sulfidy.
Převážnost zrn bohatých na železo je překvapivá, říká Nguyen, protože astronomická spektra detekovala v atmosféře kolem hvězd více zrn bohatých na hořčík než zrn bohatých na železo. "Mohlo by to být tak, že do těchto zrn se při formování sluneční soustavy začlenilo železo," vysvětluje.
Tato podrobná informace o hvězdné hvězdě dokazuje, že kosmická věda může být prováděna v laboratoři, říká Zinner. "Analýza těchto malých skvrnek nám může poskytnout informace, jako jsou podrobné izotopové poměry, které nelze získat tradičními technikami astronomie," dodává.
Nguyen nyní plánuje podívat se na poměry izotopů křemíku a hořčíku v devíti zrnech. Chce také analyzovat další typy meteoritů. "Acfer 094 je jeden z nejprimitivnějších meteoritů, který byl nalezen," říká. "Čekali bychom tedy, že bude mít největší množství presolárních zrn." Při pohledu na meteority, které prošly více zpracováním, se můžeme dozvědět více o událostech, které mohou tato zrna zničit. “
Původní zdroj: WUSTL News Release
