Naukowcy wciąż badają zagadkowe pochodzenie starożytnych ziaren meteorytowych. Te ziarna powstały prawdopodobnie w dawnych gwiazdach, które zakończyły życie jeszcze przed narodzinami naszego Słońca. Podobne gwiazdy wciąż jednak istnieją we Wszechświecie, a analiza składu meteorytowych ziaren „przedsłonecznych” daje niezwykle interesujący wgląd w ich budowę chemiczną i ewolucję.
Meteoryt Murchison to słynny chondryt węglisty znaleziony w 1969 roku w południowej Australii, w pobliżu miasta Murchinson. Naukowcy, którzy badali go już wcześniej, dobrze zdawali sobie sprawę z tego, że ten niezwykły „deszcz” meteorytów był szczęśliwym trafem. Nie tylko dlatego, że wzbogacił okolicę o około 100 kilogramów kosmicznych skał, czy dlatego, że jeden z największych kawałków spadających z nieba przebił wówczas dach lokalnej stodoły, nie raniąc jednak nikogo. Również z tego powodu, że takie meteoryty są bardzo cenne dla nauki. Największy z nich waży 7 kg. Z czasem odkryto w nim między innymi kilkanaście aminokwasów białkowych pochodzenia pozaziemskiego. Było to pierwsze potwierdzone odkrycie pozaziemskich aminokwasów, które zapoczątkowało poszukiwania tych związków również w innych chondrytach węglistych.
W styczniu 2020 roku poinformowano, że w meteorycie tym odkryto również pył kosmiczny, którego wiek szacuje się na 5 do 7 miliardów lat. Jest to zatem jeden z najstarszych materiałów znalezionych jak dotąd na Ziemi. Już wcześniej naukowcy próbowali też analizować przedsłoneczne drobiny zawarte w tym meteorycie, ale Nan Liu z Uniwersytetu Waszyngtona w Missouri, główna autorka nowej publikacji na ten temat, uważa, że poprzednie metody badań mogły być niedokładne. Liu i jej zespół przeanalizowali więc niedawno ponownie próbki słynnego meteorytu Murchinson.
Murchinson to bardzo pierwotny meteoryt, który powstał w samych początkach istnienia Układu Słonecznego i po jego utworzeniu nigdy się już nie stopił – wyjaśnia Liu. Większość meteorytów pochodzących z pasa planetoid ulega z czasem zderzeniom z innymi ciałami i nagrzewa się, co powoduje ich topnienie, dzięki czemu zanika w nich dawny, oryginalny materiał utworzony we wczesnych stadiach ewolucji Układu Słonecznego.
W meteorycie Murchinson drobiny skalne starsze niż Układ Słoneczny są osadzone w młodszym materiale. Tymczasem z wcześniejszych badań wiadomo, że ziarna te pochodzą sprzed powstania Układu Słonecznego – mają inny skład chemiczny. Zbudowane są z węglika krzemu, czyli prostego związku krzemu i węgla. Ale jak wiemy, węglik krzemu nie tworzy się naturalnie w Układzie Słonecznym, ponieważ wokół mogących go ewentualnie utworzyć atomów jest zwykle zbyt dużo atomów tlenu, zatem tworzące go atomy węgla najpierw związałyby się z łatwiej reagującym tlenem, tworząc po prostu „zwykłe” cząsteczki tlenku węgla.
Najbardziej prawdopodobnym pochodzeniem tych ziaren są zatem zdaniem astronomów gwiazdy węglowe – jasne czerwone olbrzymy, których atmosfera zawiera więcej węgla niż tlenu. Aby potwierdzić taką teorię, naukowcy muszą jednak w pierwszej kolejności ustalić, czy skład niektórych izotopów zawartych w ziarnach meteorytowych odpowiada składowi gwiazd węglowych. Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które różnią się od siebie tylko liczbą neutronów w jądrze. Jednak podczas gdy niektóre izotopy są powszechne w Układzie Słonecznym, inne mogą powstawać tylko wewnątrz określonych typów gwiazd.
Okazało się, że zawartości izotopowe badanych ziaren meteorytowych bardzo różnią się od tych, jakie widzimy we współczesnym Układzie Słonecznym. W wielu obiektach naszego układu możemy zaobserwować typowy stosunek węgla C12 do węgla C13, równy około 89. Tymczasem ziarna przedsłoneczne z meteorytu Murchinson mają zupełnie odmienne stosunki zawartości węgla C12 do C13, z zakresu od 2 do aż 200, co może wynikać z reakcji fuzji, jakie zaszły niegdyś we wnętrzach ich dawnych, macierzystych gwiazd. To samo dotyczy też badanych izotopów azotu, glinu i magnezu.
Astronomowie są jednak szczególnie zainteresowani tym, czy składy izotopów znalezionych w ziarnach meteorytu Murchinson odpowiadają temu, co ujawniły obserwacje dotyczące gwiazd węglowych. Nie jest to jednak proste do sprawdzenia, a wyniki wcześniejszych uczonych były dość niejednoznaczne. Zdaniem Liu jednym z powodów mogło być to, że gwiazdy węglowe w rzeczywistości nie były miejscem powstania tych ziaren. To dość proste i oczywiste wytłumaczenie tej zagadki. Jednak wyjaśnienie mogło być też jeszcze prostsze.
Wcześniejsze pomiary wykazały znacznie niższy stosunek izotopów węgla i azotu w ziarnach – wyjaśnia Liu. Pomyślałam jednak, że problem może tkwić w metodzie analitycznej. Ziarna te spędziły setki milionów lat w ośrodku międzygwiazdowym i miliardy lat już w naszym Układzie Słonecznym, w wyniku czego ich powierzchnie mogły wchłonąć te materiały. Innymi słowy, mogło łatwo dojść do zanieczyszczenia, co oznaczałoby, że w poprzednich badaniach naukowcy poddali pomiarom znacznie młodsze zanieczyszczenia rezydujące na powierzchni, a nie same ziarna przedsłoneczne.
Liu i jej zespół opracowali nową metodę analityczną zaprojektowaną właśnie w celu usuwania wszelkich materiałów, które mogą z czasem przywierać do powierzchni ziaren. W jej ramach najpierw rozpuszczono kawałki meteorytu Murchinsona w kwasie, aż pozostały tylko ziarna węglika krzemu. Następnie „obsypano” je same strumieniami jonów cezu i tlenu, aby pozbyć się wszelkich materiałów, które mogły pochodzić z młodszych składników meteorytu. W dalszej kolejności zespół wykonał pomiary spektroskopowe składu izotopowego tak przygotowanych ziaren. Wyniki były teraz znacznie bardziej zgodne z danymi pochodzącymi z obserwacji gwiazd węglowych. Potwierdziło to pierwotne podejrzenia Liu i pokazało, że nie tylko ziarna w tym meteorycie najprawdopodobniej pochodzą właśnie z nich, ale także, że mogą być one od teraz wykorzystywane do dalszego pogłębiania naszej wiedzy na temat tego typu gwiazd.
Nowe dane izotopowe uzyskane w tym badaniu są niezwykle ciekawe dla fizyków gwiazdowych i astrofizyków jądrowych takich jak ja – powiedział w oświadczeniu prasowym Maurizio Busso, współautor badań z Uniwersytetu w Perugii we Włoszech. Te dane wyjaśniają różnicę między tym, co pierwotnie było obecne w ziarnach przedsłonecznego pyłu gwiezdnego, a tym, co zostało do nich dołączone później. Rozwiązano w ten sposób wieloletnią zagadkę nurtującą naukowców.
Według samej Liu nowe dane dostarczają nam na przykład wskazówek co do tego, w jaki sposób gwiazdy węglowe wytwarzają w swoich wnętrzach aluminium. Jak jednak dodaje, obecne wyniki muszą być jeszcze przed tym zweryfikowane przez dalsze badania.
Na zdjęciu: Meteoryt Murchison wystawiony jako ekspozycja w National Museum of Natural History w Waszyngtonie. Źródło: Wiki/
Na zdjęciu: Obraz z mikroskopu elektronowego przedstawiający mikronowe ziarno gwiezdnego pyłu zawierające węglik krzemu w meteorycie Murchinson. Źródło: NASA, Nan Liu / Andrew Davis
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja naukowa: NaN Liu, 12 X 2021, Astrophysical Journal Letters
Źródło: Space.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Obraz z mikroskopu elektronowego przedstawiający mikronowe ziarno gwiezdnego pyłu zawierające węglik krzemu w meteorycie Murchinson. Źródło: Nan Liu / Andrew Davis
