Bildekreditt: WUSTL
Ann Nguyen valgte et risikofylt prosjekt for studiene ved Washington University i St. Louis. Et universitetsteam hadde allerede siktet gjennom 100.000 korn fra en meteoritt for å se etter en bestemt type stardust? uten suksess.
I 2000 bestemte Nguyen seg for å prøve igjen. Rundt 59 000 korn senere lønnet seg hennes gutsy beslutning. I 5. marsutgaven av Science beskriver Nguyen og hennes rådgiver, Ernst K. Zinner, doktorgrad, forskningsprofessor i fysikk og jord- og planetarvitenskap, begge i Arts & Sciences, ni flekker av silikatstardust? presolare silikatkorn? fra en av de mest primitive meteorittene som er kjent.
"Å finne presolære silikater i en meteoritt forteller oss at solsystemet er dannet av gass og støv, hvorav noen aldri ble veldig varme, snarere enn fra en varm solnebula," sier Zinner. "Analyse av slike korn gir informasjon om stjernekilder, kjernefysiske prosesser i stjerner og de fysiske og kjemiske sammensetningene til stjernestemninger."
I 1987 fant Zinner og kolleger ved Washington University og en gruppe forskere ved University of Chicago den første stardusten i en meteoritt. Disse presolære kornene var flekker av diamant og silisiumkarbid. Selv om andre typer siden har blitt oppdaget i meteoritter, var ingen laget av silikat, en forbindelse av silisium, oksygen og andre elementer som magnesium og jern.
"Dette var et ganske mysterium fordi vi fra astronomiske spektra vet at silikatkorn ser ut til å være den mest tallrike typen oksygenrikt korn laget i stjerner," sier Nguyen. "Men til nå har presolære silikatkorn bare blitt isolert fra prøver av interplanetære støvpartikler fra kometer."
Solsystemet vårt dannet seg fra en sky av gass og støv som ble spydd ut i verdensrommet ved å eksplodere røde giganter og supernovaer. Noe av dette støvet dannede asteroider, og meteoritter er fragmenter som ble slått av asteroider. De fleste partiklene i meteoritter ligner hverandre fordi støv fra forskjellige stjerner ble homogenisert i infernoet som formet solsystemet. Rene prøver av noen få stjerner ble imidlertid fanget dypt inne i noen meteoritter. Disse kornene som er oksygenrike, kan gjenkjennes ved deres uvanlige forhold mellom oksygenisotoper.
Nguyen, en doktorgradsstudent i jord- og planetarvitenskap, analyserte rundt 59 000 korn fra Acfer 094, en meteoritt som ble funnet i Sahara i 1990. Hun skilte kornene i vann i stedet for med harde kjemikalier, som kan ødelegge silikater. Hun brukte også en ny type ionesonde kalt NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), som kan løse gjenstander som er mindre enn et mikrometer (en milliondels meter).
Zinner og Frank Stadermann, doktorgrad, seniorforsker i Laboratory for Space Sciences ved universitetet, hjalp til med å utforme og teste NanoSIMS, som er laget av CAMECA i Paris. Til en pris på $ 2 millioner kjøpte Washington University det første instrumentet i verden i 2001.
Ionprober dirigerer en bjelke av ioner mot ett sted på en prøve. Strålen løsner noen av prøvenes egne atomer, hvorav noen blir ioniserte. Denne sekundære strålen av ioner kommer inn i et massespektrometer som er innstilt til å oppdage en bestemt isotop. Dermed kan ioneprober identifisere korn som har en uvanlig høy eller lav andel av den isotopen.
I motsetning til andre ioneprober kan NanoSIMS imidlertid oppdage fem forskjellige isotoper samtidig. Strålen kan også bevege seg automatisk fra sted til sted slik at mange hundre eller tusenvis av korn kan analyseres i ett eksperimentelt oppsett. "NanoSIMS var viktig for denne oppdagelsen," sier Zinner. “Disse presolare silikatkornene er veldig små? bare en brøkdel av et mikrometer. Instrumentets høye romlige oppløsning og høye følsomhet gjorde disse målingene mulig. "
Ved å bruke en primær stråle av cesiumioner, målte Nguyen nøye mengdene av tre oksygenisotoper? 16O, 17O og 18O? i hvert av de mange kornene hun studerte. Ni korn med diametre fra 0,1 til 0,5 mikrometer hadde uvanlige oksygenisotopforhold og var sterkt beriket i silisium. Disse presolare silikatkornene falt i fire grupper. Fem korn ble beriket i 17O og lett utarmet i 18O, noe som antydet at dyp blanding av rød kjempestore eller asymptotiske kjempestjerner var ansvarlig for deres oksygenisotopiske sammensetninger.
Ett korn ble veldig utarmet i 18O og ble derfor sannsynligvis produsert i en lavmasse-stjerne da overflatemateriale sank ned i områder som var varme nok til å støtte kjernefysiske reaksjoner. En annen ble beriket i 16O, som er typisk for korn fra stjerner som inneholder færre elementer som er tyngre enn helium enn solen vår. De to siste kornene ble beriket i både 17O og 18O, og så kunne kommet fra supernovaer eller stjerner som er mer beriket med elementer som er tyngre enn helium sammenlignet med solen vår.
Ved å oppnå energispredende røntgenspektre bestemte Nguyen den sannsynlige kjemiske sammensetningen av seks av de presolære kornene. Det ser ut til å være to oliviner og to pyroxener, som hovedsakelig inneholder oksygen, magnesium, jern og silisium, men i forskjellige forhold. Den femte er et aluminiumrikt silikat, og det sjette er beriket med oksygen og jern og kan være glass med innebygd metall og sulfider.
Overvekt av jernrike korn er overraskende, sier Nguyen, fordi astronomiske spektra har oppdaget mer magnesiumrike korn enn jernrike korn i atmosfærene rundt stjerner. "Det kan hende at jern ble innlemmet i disse kornene når solsystemet ble dannet," forklarer hun.
Denne detaljerte informasjonen om stardust beviser at romfag kan gjøres på laboratoriet, sier Zinner. "Å analysere disse små flekkene kan gi oss informasjon, som detaljerte isotopforhold, som ikke kan oppnås med de tradisjonelle astronomiteknikkene," legger han til.
Nguyen planlegger nå å se på forholdene mellom silisium og magnesiumisotoper i de ni kornene. Hun vil også analysere andre typer meteoritter. "Acfer 094 er en av de mest primitive meteorittene som er funnet," sier hun. Så vi forventer at den vil ha størst overflod av presolære korn. Ved å se på meteoritter som har gjennomgått mer prosessering, kan vi lære mer om hendelsene som kan ødelegge kornene. ”
Originalkilde: WUSTL News Release
