Изображение предоставлено: WUSTL
Энн Нгуен выбрала рискованный проект для своих аспирантов в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Университетская команда уже просеяла 100 000 зерен из метеорита, чтобы найти определенный тип звездной пыли? безуспешно.
В 2000 году Нгуен решил попробовать еще раз. Приблизительно 59 000 зерен спустя ее мужественное решение окупилось. В выпуске «Науки» от 5 марта Нгуен и ее советник, доктор философских наук, профессор физики, науки о Земле и наук о Земле Эрнст К. Циннер, описали девять пятен силикатной звездной пыли? пресолярные силикатные зерна? от одного из самых примитивных известных метеоритов.
«Нахождение пресолярных силикатов в метеорите говорит нам, что солнечная система образовалась из газа и пыли, некоторые из которых никогда не становились очень горячими, а не из горячей солнечной туманности», - говорит Циннер. «Анализ таких зерен дает информацию об их звездных источниках, ядерных процессах в звездах и физическом и химическом составе звездных атмосфер».
В 1987 году Зиннер с коллегами из Вашингтонского университета и группа ученых из Чикагского университета обнаружили первую звездную пыль в метеорите. Эти пресолярные зерна были пятнами алмаза и карбида кремния. Хотя с тех пор в метеоритах были обнаружены другие типы, ни один не был сделан из силиката, соединения кремния, кислорода и других элементов, таких как магний и железо.
«Это было довольно загадкой, потому что мы знаем из астрономических спектров, что силикатные зерна, по-видимому, являются наиболее распространенным типом обогащенного кислородом зерна, получаемого в звездах», - говорит Нгуен. «Но до сих пор предсолярные силикатные зерна были выделены только из образцов частиц межпланетной пыли из комет».
Наша солнечная система сформировалась из облака газа и пыли, которые были выброшены в космос взрывными красными гигантами и сверхновыми. Часть этой пыли образовала астероиды, а метеориты - это осколки, сбитые с астероидов. Большинство частиц в метеоритах напоминают друг друга, потому что пыль от разных звезд стала гомогенизированной в ад, который сформировал солнечную систему. Однако чистые образцы нескольких звезд оказались в ловушке глубоко внутри некоторых метеоритов. Те зерна, которые богаты кислородом, можно узнать по их необычному соотношению изотопов кислорода.
Нгуен, аспирант в области наук о Земле и планетах, проанализировала около 59 000 зерен из Acfer 094, метеорита, который был найден в Сахаре в 1990 году. Она отделила зерна в воде вместо агрессивных химикатов, которые могут разрушать силикаты. Она также использовала ионный зонд нового типа под названием NanoSIMS (вторичный ионный масс-спектрометр), который может разрешать объекты размером менее микрометра (одна миллионная часть метра).
Циннер и Фрэнк Штадерманн, доктор философии, старший научный сотрудник Лаборатории космических наук в университете, помогли спроектировать и протестировать NanoSIMS, который сделан CAMECA в Париже. Вашингтонский университет стоимостью в 2 миллиона долларов приобрел первый в мире прибор в 2001 году.
Ионные зонды направляют пучок ионов в одну точку образца. Луч смещает некоторые из собственных атомов образца, некоторые из которых становятся ионизированными. Этот вторичный пучок ионов поступает в масс-спектрометр, который настроен на обнаружение определенного изотопа. Таким образом, ионные зонды могут идентифицировать зерна, которые имеют необычно высокую или низкую долю этого изотопа.
Однако, в отличие от других ионных зондов, NanoSIMS может обнаруживать пять различных изотопов одновременно. Луч также может перемещаться автоматически от точки к точке, так что многие сотни или тысячи зерен могут быть проанализированы в одной экспериментальной установке. «NanoSIMS был необходим для этого открытия», - говорит Зиннер. «Эти пресолярные силикатные зерна очень маленькие? только доля микрометра. Высокое пространственное разрешение прибора и высокая чувствительность сделали эти измерения возможными ».
Используя первичный пучок ионов цезия, Нгуен кропотливо измерил количество трех изотопов кислорода? 16O, 17O и 18O? в каждом из множества зерен она училась. Девять зерен диаметром от 0,1 до 0,5 микрометров имели необычные отношения изотопов кислорода и были высокообогащены кремнием. Эти пресолярные силикатные зерна подразделяются на четыре группы. Пять зерен были обогащены в 17О и слегка истощены в 18О, что позволяет предположить, что глубокое перемешивание в красных гигантских или асимптотических гигантских ветвящихся звездах было причиной их изотопного состава кислорода.
Одно зерно было очень обедненным в 18О и поэтому, вероятно, было произведено в звезде с малой массой, когда поверхностный материал спускался в области, достаточно горячие для поддержки ядерных реакций. Другой был обогащен в 16О, что типично для зерен звезд, которые содержат меньше элементов, более тяжелых, чем гелий, чем наше Солнце. Последние два зерна были обогащены как 17O, так и 18O, и поэтому могли быть получены от сверхновых или звезд, которые более обогащены элементами, более тяжелыми, чем гелий, по сравнению с нашим Солнцем.
Получив энергодисперсионные рентгеновские спектры, Нгуен определил вероятный химический состав шести предзольных зерен. Кажется, что есть два оливина и два пироксена, которые содержат в основном кислород, магний, железо и кремний, но в разных соотношениях. Пятый - богатый алюминием силикат, а шестой обогащен кислородом и железом и может быть стеклом с внедренными металлом и сульфидами.
Нгуен говорит, что преобладание зерен, богатых железом, удивительно, потому что астрономические спектры обнаружили больше зерен, богатых магнием, чем зерен, богатых железом, в атмосфере вокруг звезд. «Возможно, что железо было включено в эти зерна, когда формировалась солнечная система», - объясняет она.
По словам Зиннера, эта подробная информация о звездной пыли доказывает, что космическую науку можно проводить в лаборатории. «Анализ этих маленьких пятен может дать нам информацию, такую как подробные изотопные отношения, которую невозможно получить с помощью традиционных методов астрономии», - добавляет он.
Теперь Нгуен планирует рассмотреть соотношение изотопов кремния и магния в девяти зернах. Она также хочет проанализировать другие типы метеоритов. «Acfer 094 - один из самых примитивных метеоритов, который был найден», - говорит она. «Таким образом, мы ожидаем, что он будет иметь наибольшее изобилие пресолярных зерен. Глядя на метеориты, которые подверглись большей обработке, мы можем узнать больше о событиях, которые могут уничтожить эти зерна ».
Первоисточник: Пресс-релиз WUSTL
