Kreditna slika: WUSTL
Ann Nguyen je za svoj podiplomski študij na univerzi Washington v St. Louisu izbrala tvegan projekt. Univerzitetna ekipa je že presejala 100.000 zrn iz meteorita in iskala določeno vrsto zvezdnega prahu? brez uspeha.
Leta 2000 se je Nguyen odločil poskusiti znova. Približno 59.000 zrn pozneje se je njena hudomušna odločitev izplačala. V številki z dne 5. marca Nguyen in njen svetovalec, Ernst K. Zinner, doktor znanosti, profesor fizike in zemeljskih in planetarnih znanosti, oba na področju umetnosti in znanosti, opisujeta devet madežev silikatnega zvezdnega prahu? predsolarna silikatna zrna? iz enega najbolj primitivnih meteoritov znanih.
"Najdba predsolarnih silikatov v meteoritu nam pove, da se je sončni sistem oblikoval iz plina in prahu, od katerih se nekateri nikoli ne segrejejo, namesto iz vroče sončne meglice," pravi Zinner. "Analiza takšnih zrn zagotavlja informacije o njihovih zvezdnih virih, jedrskih procesih v zvezdah ter o fizikalnih in kemičnih sestavah zvezdnih atmosfer."
Leta 1987 so Zinner s sodelavci z univerze v Washingtonu in skupina znanstvenikov na univerzi v Chicagu našli prvi zvezdni prah v meteoritu. Ta predsolarna zrna so bila diamantni in silicijev karbid. Čeprav so od takrat odkrili druge vrste meteoritov, noben ni bil izdelan iz silikata, spojine silicija, kisika in drugih elementov, kot sta magnezij in železo.
"To je bila precej skrivnost, saj iz astronomskih spektrov vemo, da so silikatna zrna najbolj obilna vrsta zrn, bogatih s kisikom, narejenih v zvezdah," pravi Nguyen. "Toda do zdaj smo predsolarna silikatna zrna izolirali le iz vzorcev medplanetarnih delcev prahu iz kometov."
Naš osončje je nastalo iz oblaka plina in prahu, ki so se v vesolje vsuli z eksplozijo rdečih velikanov in supernov. Nekaj tega prahu tvorijo asteroidi, meteoriti pa so drobci, ki so jih odstranili asteroidi. Večina delcev v meteoritih je podobna drug drugemu, ker se je prah iz različnih zvezd homogeniziral v infernu, ki je oblikoval osončje. Čisti vzorci nekaj zvezd pa so se ujeli globoko v nekaterih meteoritih. Tista zrna, ki so bogata s kisikom, lahko prepoznamo po nenavadnih razmerjih kisikovih izotopov.
Nguyen, študentka zemeljskih in planetarnih ved, je analizirala približno 59.000 zrn iz meteorita Acfer 094, ki so ga našli v Sahari leta 1990. Zrna je ločila v vodi namesto s trdnimi kemikalijami, ki lahko uničijo silikate. Uporabila je tudi novo vrsto ionske sonde, imenovano NanoSIMS (sekundarni ionski spektrometer), ki lahko razreši predmete, manjše od mikrometra (milijoninko metra).
Zinner in Frank Stadermann, doktor znanosti, višji raziskovalni znanstvenik v Laboratoriju za vesoljske znanosti na univerzi, sta pomagala pri načrtovanju in testiranju NanoSIMS, ki ga v Parizu izdeluje CAMECA. Univerza Washington je leta 2001 z dvema milijonoma dolarjev nabavila prvi instrument na svetu.
Ionske sonde usmerijo snop ionov na eno mesto na vzorcu. Žarek odplakne nekatere lastne atome vzorca, od katerih nekateri postanejo ionizirani. Ta sekundarni ionski žarek vstopi v masni spektrometer, ki je nastavljen tako, da zazna določen izotop. Tako lahko ionske sonde prepoznajo zrna, ki imajo nenavadno visok ali nizek delež tega izotopa.
Za razliko od drugih ionskih sond pa lahko NanoSIMS hkrati zazna pet različnih izotopov. Žarek lahko samodejno potuje od mesta do mesta, tako da je mogoče v eni poskusni namestitvi analizirati več sto ali tisoč zrn. "NanoSIMS je bil bistven za to odkritje," pravi Zinner. "Ta predsolarna silikatna zrna so zelo majhna? le delček mikrometra. Visoka prostorska ločljivost instrumenta in velika občutljivost sta omogočili meritve. "
Nguyen je s primarnim snopom cezijevih ionov skrbno meril količine treh izotopov kisika? 16O, 17O in 18O? v vsakem od številnih zrn, ki jih je preučevala. Devet zrn, s premerom od 0,1 do 0,5 mikrometra, je imelo nenavadno razmerje izotopov kisika in je bilo zelo obogateno s silicijem. Ta predsolarna silikatna zrna so spadala v štiri skupine. Pet zrn je bilo obogatenih s 17O in rahlo osiromašenih v 18O, kar kaže na to, da je globoko mešanje rdečih orjaških ali asimptotičnih orjaških zvezd veja odgovorno za njihove izotopne sestave kisika.
Eno zrno je bilo v letu 18O zelo osiromašeno in je zato verjetno nastalo v zvezdi z nizko maso, ko se je površinski material spustil na območja, vroča za podporo jedrskih reakcij. Druga je bila obogatena s 16O, kar je značilno za zrna iz zvezd, ki vsebujejo manj elementov, težjih od helija, kot jih ima naše sonce. Končni dve zrni sta bili obogateni tako s 17O kot z 18O in tako bi lahko nastali iz supernov ali zvezd, ki so v primerjavi z našim soncem bolj obogatene z elementi, težjimi od helija.
Z pridobivanjem energijsko disperzivnih rentgenskih spektrov je Nguyen določil verjetno kemično sestavo šestih predsolarnih zrn. Zdi se, da sta dve olivini in dva piroksena, ki vsebujejo večinoma kisik, magnezij, železo in silicij, vendar v različnih razmerjih. Peti je aluminij bogat silikat, šesti pa je obogaten s kisikom in železom in bi ga lahko steklo z vgrajenimi kovinami in sulfidi.
Prevladovanje zrn, bogatih z železom, je presenetljivo, pravi Nguyen, ker so astronomski spektri zaznali več zrn, bogatih z magnezijem, kot zrna, bogata z železom, v atmosferi okoli zvezd. "Lahko je, da se je železo v ta zrna vključilo, ko je nastajal sončni sistem," pojasnjuje.
Ta podrobna informacija o zvezdnem prahu dokazuje, da je vesoljsko znanost mogoče opraviti v laboratoriju, pravi Zinner. "Z analizo teh majhnih madežev lahko dobimo informacije, kot so podrobna izotopska razmerja, ki jih tradicionalne tehnike astronomije ne morejo dobiti," dodaja.
Nguyen zdaj načrtuje preučitev razmerij izotopov silicija in magnezija v devetih zrnih. Prav tako želi analizirati druge vrste meteoritov. "Acfer 094 je eden najprimitivnejših meteoritov, ki so ga našli," pravi. "Torej bi pričakovali, da bo imel največ obilja predsolarnih zrn. Če pogledamo meteorite, ki so bili obdelani več, lahko izvemo več o dogodkih, ki lahko uničijo ta zrna. "
Izvirni vir: WUSTL News Release
