Billedkredit: WUSTL
Ann Nguyen valgte et risikabelt projekt til sine kandidatstudier ved Washington University i St. Louis. Et universitetsteam havde allerede sigtet gennem 100.000 korn fra en meteorit for at lede efter en bestemt type stardust? uden succes.
I 2000 besluttede Nguyen at prøve igen. Cirka 59.000 korn senere betalte hendes gutsy beslutning. I 5. marts-udgaven af videnskab beskriver Nguyen og hendes rådgiver, Ernst K. Zinner, ph.d., forskningsprofessor i fysik og jord- og planetarisk videnskab, begge inden for Arts & Sciences, ni pletter af silikatstardust? presolære silikatkorn? fra en af de mest primitive meteoritter kendt.
”At finde presolære silikater i en meteorit fortæller os, at solsystemet er dannet af gas og støv, hvoraf nogle aldrig blev meget varme, snarere end fra en varm solnebula,” siger Zinner. "Analyse af sådanne korn giver information om deres stjernekilder, nukleare processer i stjerner og de fysiske og kemiske sammensætninger af stjernernes atmosfærer."
I 1987 fandt Zinner og kolleger ved Washington University og en gruppe forskere ved University of Chicago den første stardust i en meteorit. Disse presolære kerner var pletter af diamant og siliciumcarbid. Selvom andre typer siden er blevet opdaget i meteoritter, var der ikke lavet nogen af silikat, en forbindelse af silicium, ilt og andre elementer såsom magnesium og jern.
”Dette var et ganske mysterium, fordi vi fra astronomiske spektra ved, at silikatkorn ser ud til at være den mest rigelige type iltrige korn, der er fremstillet i stjerner,” siger Nguyen. ”Men indtil nu er præolære silikatkerner kun blevet isoleret fra prøver af interplanetære støvpartikler fra kometer.”
Vores solsystem dannet af en sky af gas og støv, der blev spydt ud i rummet ved at eksplodere røde giganter og supernovaer. Noget af dette støv dannede asteroider, og meteoritter er fragmenter, der er slået af asteroider. De fleste af partiklerne i meteoritter ligner hinanden, fordi støv fra forskellige stjerner blev homogeniseret i infernoet, der formede solsystemet. Rene prøver af et par stjerner blev fanget dybt inde i nogle meteoritter. Disse kerner, der er iltrige, kan genkendes ved deres usædvanlige forhold mellem iltisotoper.
Nguyen, en kandidatstuderende i jord- og planetvidenskab, analyserede omkring 59.000 korn fra Acfer 094, en meteorit, der blev fundet i Sahara i 1990. Hun adskilte kornene i vand i stedet for med hårde kemikalier, der kan ødelægge silikater. Hun brugte også en ny type ionprobe kaldet NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), som kan løse objekter, der er mindre end en mikrometer (en milliondels meter).
Zinner og Frank Stadermann, ph.d., seniorforsker i laboratoriet for rumvidenskab på universitetet, hjalp med at designe og teste NanoSIMS, som er lavet af CAMECA i Paris. Til en pris på 2 millioner dollars købte Washington University det første instrument i verden i 2001.
Ionprober dirigerer en stråle af ioner på et sted på en prøve. Strålen løsner nogle af prøvenes egne atomer, hvoraf nogle ioniseres. Denne sekundære stråle af ioner går ind i et massespektrometer, der er indstillet til at detektere en bestemt isotop. Således kan ionprober identificere korn, der har en usædvanlig høj eller lav andel af den isotop.
I modsætning til andre ionprober kan NanoSIMS imidlertid detektere fem forskellige isotoper samtidigt. Strålen kan også køre automatisk fra sted til sted, så mange hundreder eller tusinder af korn kan analyseres i en eksperimentel opsætning. "NanoSIMS var afgørende for denne opdagelse," siger Zinner. ”Disse presolære silikatkorn er meget små? kun en brøkdel af et mikrometer. Instrumentets høje rumlige opløsning og høje følsomhed gjorde disse målinger mulige. ”
Ved hjælp af en primær stråle af cæsiumioner målte Nguyen omhyggeligt mængderne af tre iltisotoper? 16O, 17O og 18O? i hvert af de mange korn, hun studerede. Ni korn med diametre fra 0,1 til 0,5 mikrometer havde usædvanlige iltforhold mellem ilt og var meget beriget med silicium. Disse presolære silikatkorn faldt i fire grupper. Fem korn blev beriget i 17O og let udtømt i 18O, hvilket antydede, at dyb blanding i rød gigantisk eller asymptotisk gigantisk grenstjerne var ansvarlig for deres ilt-isotopkompositioner.
Ét korn blev meget udtømt i 18O og blev derfor sandsynligvis produceret i en lavmasse-stjerne, når overflademateriale faldt ned i områder, der var varme nok til at understøtte atomreaktioner. En anden blev beriget i 16O, som er typisk for kerner fra stjerner, der indeholder færre elementer tungere end helium end vores sol. De sidste to korn blev beriget med både 17O og 18O, og de kunne derfor komme fra supernovaer eller stjerner, der er mere beriget med elementer, der er tungere end helium sammenlignet med vores sol.
Ved at opnå energidispersivt røntgenspektrum bestemte Nguyen den sandsynlige kemiske sammensætning af seks af de presolære korn. Der ser ud til at være to oliviner og to pyroxener, der for det meste indeholder ilt, magnesium, jern og silicium, men i forskellige forhold. Den femte er et aluminiumrigt silikat, og det sjette er beriget med ilt og jern og kunne være glas med indlejret metal og sulfider.
Overvægt af jernrige kerner er overraskende, siger Nguyen, fordi astronomiske spektre har fundet mere magnesiumrige korn end jernrige korn i atmosfæren omkring stjerner. ”Det kunne være, at jern blev inkorporeret i disse korn, da solsystemet blev dannet,” forklarer hun.
Denne detaljerede information om stardust beviser, at rumvidenskab kan udføres i laboratoriet, siger Zinner. ”Analyse af disse små pletter kan give os information, såsom detaljerede isotopforhold, som ikke kan opnås ved hjælp af de traditionelle teknikker for astronomi,” tilføjer han.
Nguyen planlægger nu at se på forholdene mellem silicium og magnesiumisotoper i de ni korn. Hun vil også analysere andre typer meteoritter. ”Acfer 094 er en af de mest primitive meteoritter, der er fundet,” siger hun. ”Så vi ville forvente, at det ville have den største overflod af presolære korn. Ved at se på meteoritter, der har gennemgået mere behandling, kan vi lære mere om begivenhederne, der kan ødelægge disse korn. ”
Original kilde: WUSTL nyhedsmeddelelse
