Kuvan luotto: WUSTL
Ann Nguyen valitsi riskialtisen projektin jatko-opintoihinsa Washingtonin yliopistossa St. Louisissa. Yliopiston joukkue oli jo seulonut 100 000 jyvää meteoriitilta etsimään tietyn tyyppistä stardustia? ilman onnistumista.
Vuonna 2000 Nguyen päätti yrittää uudelleen. Noin 59 000 jyvää myöhemmin hänen rohkean päätöksensa maksoi. Nguyen ja hänen neuvonantajansa, fysiikan ja maapallo- ja planeettatieteiden tutkimuksen professori Ernst K. Zinner, molemmat Arts & Sciences -tapahtumassa, kuvaavat 5. maaliskuuta ilmestyneessä lehdessä yhdeksää silikaattipistettä? esisolaariset silikaattijyvät? yhdestä primitiivisimmistä meteoriiteista, jotka tunnetaan.
"Esisolaaristen silikaattien löytäminen meteoriitista kertoo meille, että aurinkokunta muodostui kaasusta ja pölystä, joista osa ei koskaan kuumennut, eikä kuumasta aurinkosumusta", Zinner sanoo. "Tällaisten jyvien analysointi tarjoaa tietoa niiden tähtilähteistä, tähteiden ydinprosesseista ja tähtien ilmakehän fysikaalisista ja kemiallisista koostumuksista."
Vuonna 1987 Zinner ja hänen kollegansa Washingtonin yliopistossa sekä ryhmä tutkijoita Chicagon yliopistossa löysivät ensimmäisen stardustin meteoriitissa. Nämä esisäiliömäiset jyvät olivat timantti- ja piikarbidin täpliä. Vaikka meteoriiteissa on sittemmin löydetty muita tyyppejä, yksikään niistä ei ole tehty silikaatista, piin, hapen ja muiden alkuaineiden, kuten magnesiumin ja raudan yhdistelmästä.
"Tämä oli melko mysteeri, koska tähtitieteellisistä spektristä tiedämme, että silikaattijyvät näyttävät olevan runsas tyyppi happea sisältävistä viljoista, jotka on valmistettu tähtiin", Nguyen sanoo. "Mutta toistaiseksi esisolaarisia silikaattijyviä on eristetty vain planeettojen välisten pölyhiukkasten näytteistä komeeteista."
Aurinkokuntamme muodostui kaasu- ja pölypilvestä, joka ohjattiin avaruuteen räjäyttämällä punaisia jättiläisiä ja supernoovia. Osa tästä pölystä muodostuneista asteroideista, ja meteoriitit ovat siruja, jotka on purettu asteroideihin. Suurin osa meteoriittien hiukkasista muistuttaa toisiaan, koska eri tähtiä sisältävä pöly homogenoitui aurinkokunnan muovaamaan alaosaan. Muutaman tähden puhtaat näytteet juuttuivat kuitenkin syvälle joidenkin meteoriittien sisälle. Ne happea sisältävät jyvät voidaan tunnistaa epätavallisten happisotooppisuhteidensa perusteella.
Maan ja planeettatieteiden jatko-opiskelija Nguyen analysoi noin 59 000 jyvää Saferista 1990 löydetystä meteoriitista Acfer 094. Hän erotti jyvät vedessä ankarien kemikaalien sijaan, jotka voivat tuhota silikaatit. Hän käytti myös uuden tyyppistä ionikoetinta, nimeltään NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), joka pystyy ratkaisemaan mikrometriä pienemmät kohteet (metrin miljoonaosa).
Yliopiston avarustieteiden laboratorion vanhempi tutkija Zinner ja tohtori Frank Stadermann auttoivat suunnittelemaan ja testaamaan NanoSIMS: n, jonka CAMECA valmistaa Pariisissa. Washingtonin yliopisto osti ensimmäisen instrumentin maailmassa 2 miljoonalla dollarilla vuonna 2001.
Ionikoettimet ohjaavat ionisäteen näytteen yhdelle pisteelle. Palkki siirtää osan näytteen omista atomeista, joista osa ionisoituu. Tämä sekundaarinen ionien säde saapuu massaspektrometriin, joka on asetettu havaitsemaan tietty isotooppi. Siten ionikoettimet voivat tunnistaa jyvät, joilla on epätavallisen suuri tai pieni osuus kyseisestä isotoopista.
Toisin kuin muut ionikoettimet, NanoSIMS voi kuitenkin havaita viisi erilaista isotooppia samanaikaisesti. Palkki voi myös kulkea automaattisesti pisteestä pisteeseen, jotta useita satoja tai tuhansia jyviä voidaan analysoida yhdessä kokeellisessa kokoonpanossa. "NanoSIMS oli välttämätön tämän löytölle", Zinner sanoo. ”Nämä esisolaariset silikaattijyvät ovat hyvin pieniä? vain murto-osa mikrometristä. Laitteen korkea tilallinen resoluutio ja korkea herkkyys mahdollistivat nämä mittaukset. "
Nguyen mittasi huolellisesti cesium-ionien primaarisäteen avulla kolmen happeaisotoopin määrät? 16O, 17O ja 18O? jokaisessa monista tutkituista jyvistä. Yhdeksällä jyvällä, joiden halkaisija oli 0,1 - 0,5 mikrometriä, oli epätavallinen hapen isotooppisuhde ja ne rikastuivat paljon piistä. Nämä esisolaariset silikaattijyvät jaettiin neljään ryhmään. Viisi jyvää rikastettiin 17O: ssa ja heikentyi hiukan 18 °: ssa, mikä viittaa siihen, että syvä sekoittuminen punaisiin jättiläis- tai asymptoottisiin jättiläishaaroihin oli vastuussa niiden happea käyttävistä isotooppikoostumuksista.
Yksi jyvä oli ehtynyt 18O: ssa, ja siksi se todennäköisesti tuotettiin pienmassatähteessä, kun pinta-aine laski alueille, jotka olivat riittävän kuumia tukemaan ydinreaktioita. Toinen rikastettiin 16O: ssa, mikä on tyypillistä tähtiä koskeville jyville, joissa on vähemmän heliumia raskaampia alkuaineita kuin aurinkoomme. Kaksi viimeistä jyvää rikastettiin sekä 17O: ssa että 18O: ssa, ja siten ne olisivat voineet tulla supernoovista tai tähteistä, jotka ovat rikastetumpia heliumia raskaampien elementtien kanssa verrattuna aurinkoomme.
Hankkimalla energiahajoavia röntgenspektrit, Nguyen määritti kuuden esisolaarisen jyvän todennäköisen kemiallisen koostumuksen. Näyttää olevan kaksi oliviiniä ja kaksi pyrokseenia, jotka sisältävät pääasiassa happea, magnesiumia, rautaa ja piitä, mutta suhteissa toisistaan. Viides on alumiinirikas silikaatti, ja kuudes on rikastettu hapolla ja raudalla ja voisi olla lasi upotetulla metallilla ja sulfideilla.
Nguyen sanoo, että rautapitoisten jyvien enemmistö on yllättävää, koska tähtitieteelliset spektrit ovat havainneet tähtiä ympäröivissä ympäristöissä enemmän magnesiumpitoisia jyviä kuin rautapitoisia jyviä. "Voi olla, että rauta oli sisällytetty näihin jyviin, kun aurinkojärjestelmää muodostettiin", hän selittää.
Nämä yksityiskohtaiset tiedot stardustista osoittavat, että avaruustiede voidaan tehdä laboratoriossa, Zinner sanoo. "Näiden pienten pisteiden analysointi voi antaa meille tietoa, kuten yksityiskohtaisia isotooppisuhteita, joita ei voida saada perinteisillä tähtitieteen tekniikoilla", hän lisää.
Nguyen aikoo nyt tarkastella piin ja magnesiumin isotooppien suhteita yhdeksässä jyvässä. Hän haluaa analysoida myös muun tyyppisiä meteoriitteja. "Acfer 094 on yksi alkeellisimmista meteoriiteista, mitä on löydetty", hän sanoo. ”Joten odottaisimme, että sillä olisi eniten esisoluisia jyviä. Tarkastelemalla meteoriitteja, jotka ovat läpikäyneet enemmän käsittelyä, voimme oppia lisää tapahtumista, jotka voivat tuhota nuo rakeet. ”
Alkuperäinen lähde: WUSTL-lehdistötiedote
