Bildkredit: WUSTL
Ann Nguyen valde ett riskabelt projekt för sina doktorander vid Washington University i St. Louis. Ett universitetsteam hade redan siftat igenom 100 000 korn från en meteorit för att leta efter en viss typ av stardust? utan framgång.
År 2000 beslutade Nguyen att försöka igen. Cirka 59 000 korn senare, hennes gutsy beslut lönade sig. I 5 mars av Science, beskriver Nguyen och hennes rådgivare, Ernst K. Zinner, Ph.D., forskarprofessor i fysik och jord- och planetvetenskaper, båda inom Arts & Sciences, nio fläckar av silikatstardust? presolära silikatkorn? från en av de mest kända meteoriterna.
"Att hitta presolära silikater i en meteorit berättar att solsystemet bildades av gas och damm, av vilka några aldrig blev väldigt heta, snarare än från en varm solnebulosa," säger Zinner. "Analys av sådana korn ger information om deras stjärnkällor, kärnkraftsprocesser i stjärnor och de fysiska och kemiska sammansättningarna av stjärnatmosfärer."
1987 hittade Zinner och kollegor vid Washington University och en grupp forskare vid University of Chicago den första stardusten i en meteorit. Dessa presolära korn var fläckar av diamant och kiselkarbid. Även om andra typer sedan dess har upptäckts i meteoriter, gjordes ingen av silikat, en förening av kisel, syre och andra element som magnesium och järn.
"Detta var ett ganska mysterium eftersom vi från astronomiska spektra vet att silikatkorn verkar vara den vanligaste typen av syre-rik spannmål som är gjord i stjärnor," säger Nguyen. "Men fram till nu har presolära silikatkorn endast isolerats från prover av interplanetära dammpartiklar från kometer."
Vårt solsystem bildades av ett moln av gas och damm som spyddes ut i rymden av exploderande röda jättar och supernovaer. En del av detta damm bildade asteroider och meteoriter är fragment som slog av asteroider. De flesta av partiklarna i meteoriter liknar varandra eftersom damm från olika stjärnor blev homogeniserade i inferno som formade solsystemet. Rena prover av några stjärnor fastnade dock djupt inne i vissa meteoriter. De korn som är syrgasrika kan erkännas genom deras ovanliga förhållanden mellan syreisotoper.
Nguyen, en doktorand i jord- och planetvetenskaper, analyserade cirka 59 000 korn från Acfer 094, en meteorit som hittades i Sahara 1990. Hon separerade kornen i vatten istället för med hårda kemikalier, vilket kan förstöra silikater. Hon använde också en ny typ av jonsond som heter NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), som kan lösa föremål som är mindre än en mikrometer (en miljondels meter).
Zinner och Frank Stadermann, Ph.D., seniorforskare vid laboratoriet för rymdvetenskap vid universitetet, hjälpte till att utforma och testa NanoSIMS, som är gjord av CAMECA i Paris. Till en kostnad på 2 miljoner dollar förvärvade Washington University det första instrumentet i världen 2001.
Jonsonder riktar en jonstråle på en plats på ett prov. Strålen lossnar några av provets egna atomer, av vilka några blir joniserade. Denna sekundära stråle av joner kommer in i en masspektrometer som är inställd för att detektera en viss isotop. Således kan jonsonder identifiera korn som har en ovanligt hög eller låg andel av den isotopen.
Till skillnad från andra jonprober kan NanoSIMS emellertid detektera fem olika isotoper samtidigt. Strålen kan också röra sig automatiskt från plats till plats så att många hundratals eller tusentals korn kan analyseras i en experimentell uppsättning. "NanoSIMS var avgörande för denna upptäckt," säger Zinner. ”Dessa presolära silikatkorn är väldigt små? bara en bråkdel av en mikrometer. Instrumentets höga rumsliga upplösning och höga känslighet gjorde dessa mätningar möjliga. "
Med hjälp av en primär stråle av cesiumjoner mätte Nguyen noggrant mängderna av tre syreisotoper? 16O, 17O och 18O? i vart och ett av de många kornen hon studerade. Nio korn med diametrar från 0,1 till 0,5 mikrometer hade ovanliga syreisotopförhållanden och berikades starkt i kisel. Dessa presolära silikatkorn föll i fyra grupper. Fem korn anrikades 17O och lätt tappades 18O, vilket antydde att djup blandning av röd jättestor eller asymptotiska jättegrenstjärnor var ansvariga för deras syreisotopiska kompositioner.
Ett korn tappades mycket under 18O och producerades därför troligtvis i en lågmassastjärna när ytmaterialet föll ner i tillräckligt varma områden för att stödja kärnreaktioner. En annan berikades 16O, vilket är typiskt för korn från stjärnor som innehåller färre element som är tyngre än helium än vår sol. De sista två kornen berikades i både 17O och 18O och så kunde de komma från supernovaer eller stjärnor som är mer berikade i element som är tyngre än helium jämfört med vår sol.
Genom att erhålla energispridande röntgenspektra bestämde Nguyen den troliga kemiska sammansättningen av sex av de presolära kornen. Det verkar vara två oliviner och två pyroxener, som mestadels innehåller syre, magnesium, järn och kisel men i olika förhållanden. Den femte är ett aluminiumrikt silikat, och den sjätte är berikad med syre och järn och kan vara glas med inbäddad metall och sulfider.
Övervägande av järnrika korn är förvånande, säger Nguyen, eftersom astronomiska spektra har upptäckt mer magnesiumrika korn än järnrika korn i atmosfären runt stjärnorna. "Det kan vara så att järn införlivades i dessa korn när solsystemet bildades," förklarar hon.
Denna detaljerade information om stardust bevisar att rymdvetenskap kan göras i laboratoriet, säger Zinner. "Att analysera dessa små fläckar kan ge oss information, som detaljerade isotopförhållanden, som inte kan erhållas med traditionella astronomiska tekniker," tillägger han.
Nguyen planerar nu att titta på förhållandena mellan kisel och magnesiumisotoper i de nio kornen. Hon vill också analysera andra typer av meteoriter. "Acfer 094 är en av de mest primitiva meteoriterna som har hittats," säger hon. ”Så vi kan förvänta oss att det skulle ha det största överflödet av presolära korn. Genom att titta på meteoriter som har genomgått mer bearbetning kan vi lära oss mer om händelserna som kan förstöra dessa korn. ”
Ursprungskälla: WUSTL News Release
