Credito immagine: WUSTL
Ann Nguyen ha scelto un progetto rischioso per i suoi studi universitari alla Washington University di St. Louis. Una squadra universitaria aveva già setacciato 100.000 grani da un meteorite per cercare un particolare tipo di polvere di stelle? senza successo.
Nel 2000, Nguyen ha deciso di riprovare. Circa 59.000 cereali più tardi, la sua decisione coraggiosa ha dato i suoi frutti. Nel numero di Science del 5 marzo, Nguyen e il suo consulente, Ernst K. Zinner, Ph.D., professore di ricerca di fisica e di scienze della terra e del pianeta, sia in Arts & Sciences, descrivono nove granelli di polvere di silicati? granuli di silicato presolare? da uno dei meteoriti più primitivi conosciuti.
"Trovare silicati presolari in un meteorite ci dice che il sistema solare si è formato da gas e polvere, alcuni dei quali non sono mai diventati molto caldi, piuttosto che da una nebulosa solare calda", afferma Zinner. "L'analisi di tali cereali fornisce informazioni sulle loro fonti stellari, sui processi nucleari nelle stelle e sulle composizioni fisiche e chimiche delle atmosfere stellari".
Nel 1987, Zinner e colleghi della Washington University e un gruppo di scienziati dell'Università di Chicago hanno trovato la prima polvere di stelle in un meteorite. Quei grani presolari erano granelli di diamante e carburo di silicio. Sebbene da allora siano stati scoperti altri tipi di meteoriti, nessuno di essi era fatto di silicato, un composto di silicio, ossigeno e altri elementi come magnesio e ferro.
"Questo era piuttosto un mistero perché sappiamo, dagli spettri astronomici, che i granuli di silicato sembrano essere il tipo più abbondante di grano ricco di ossigeno prodotto nelle stelle", afferma Nguyen. "Ma fino ad ora, i grani di silicato presolare sono stati isolati solo da campioni di particelle di polvere interplanetaria da comete".
Il nostro sistema solare si è formato da una nuvola di gas e polvere che sono stati espulsi nello spazio esplodendo giganti rossi e supernovae. Parte di questa polvere formava asteroidi e i meteoriti sono frammenti eliminati dagli asteroidi. La maggior parte delle particelle nei meteoriti si assomigliano perché la polvere di stelle diverse si è omogeneizzata nell'inferno che ha modellato il sistema solare. Tuttavia, campioni puri di alcune stelle sono rimasti intrappolati in profondità in alcuni meteoriti. Quei grani ricchi di ossigeno possono essere riconosciuti dai loro rapporti insoliti di isotopi di ossigeno.
Nguyen, uno studente laureato in scienze della terra e del pianeta, ha analizzato circa 59.000 cereali da Acfer 094, un meteorite che è stato trovato nel Sahara nel 1990. Ha separato i cereali in acqua anziché con sostanze chimiche aggressive, che possono distruggere i silicati. Ha anche usato un nuovo tipo di sonda ionica chiamata NanoSIMS (spettrometro di massa ionico secondario), in grado di risolvere oggetti più piccoli di un micrometro (un milionesimo di metro).
Zinner e Frank Stadermann, Ph.D., ricercatore senior presso il Laboratory for Space Sciences all'università, hanno contribuito a progettare e testare il NanoSIMS, prodotto dalla CAMECA di Parigi. Con un costo di $ 2 milioni, la Washington University ha acquisito il primo strumento al mondo nel 2001.
Le sonde ioniche dirigono un fascio di ioni su un punto di un campione. Il raggio rimuove alcuni degli atomi del campione, alcuni dei quali si ionizzano. Questo raggio secondario di ioni entra in uno spettrometro di massa impostato per rilevare un particolare isotopo. Pertanto, le sonde ioniche possono identificare i grani che hanno una proporzione insolitamente alta o bassa di quell'isotopo.
A differenza di altre sonde ioniche, tuttavia, NanoSIMS è in grado di rilevare contemporaneamente cinque diversi isotopi. Il raggio può anche spostarsi automaticamente da un punto all'altro in modo che molte centinaia o migliaia di granuli possano essere analizzati in una configurazione sperimentale. "Il NanoSIMS è stato essenziale per questa scoperta", afferma Zinner. “Questi grani di silicato presolare sono molto piccoli? solo una frazione di un micrometro. L'elevata risoluzione spaziale e l'elevata sensibilità dello strumento hanno reso possibili queste misurazioni ".
Usando un fascio primario di ioni di cesio, Nguyen ha misurato minuziosamente la quantità di tre isotopi di ossigeno? 16O, 17O e 18O? in ognuno dei tanti grani che ha studiato. Nove granuli, con diametri da 0,1 a 0,5 micrometri, presentavano insoliti rapporti isotopici di ossigeno e si arricchivano fortemente di silicio. Questi granuli di silicato presolare si dividevano in quattro gruppi. Cinque granuli furono arricchiti nel 17O e leggermente impoveriti nel 18O, suggerendo che la miscelazione profonda nelle stelle del ramo gigante gigante o asintotico rosso era responsabile delle loro composizioni isotopiche di ossigeno.
Un grano era molto impoverito nel 18O e quindi probabilmente veniva prodotto in una stella a bassa massa quando il materiale di superficie scendeva in aree abbastanza calde da supportare le reazioni nucleari. Un altro è stato arricchito nel 16O, che è tipico dei grani delle stelle che contengono meno elementi più pesanti dell'elio rispetto al nostro sole. Gli ultimi due granuli sono stati arricchiti sia in 17O che in 18O e quindi potrebbero provenire da supernovae o stelle che sono più arricchite di elementi più pesanti dell'elio rispetto al nostro sole.
Ottenendo spettri di raggi X dispersivi di energia, Nguyen ha determinato la probabile composizione chimica di sei granuli presolari. Sembra che ci siano due olivine e due pirosseni, che contengono principalmente ossigeno, magnesio, ferro e silicio, ma con rapporti diversi. Il quinto è un silicato ricco di alluminio e il sesto è arricchito di ossigeno e ferro e potrebbe essere di vetro con metallo e solfuri incorporati.
La preponderanza dei grani ricchi di ferro è sorprendente, dice Nguyen, perché gli spettri astronomici hanno rilevato più granuli ricchi di magnesio rispetto ai granuli ricchi di ferro nelle atmosfere attorno alle stelle. "È possibile che il ferro sia stato incorporato in questi granuli durante la formazione del sistema solare", spiega.
Queste informazioni dettagliate sulla polvere di stelle dimostrano che la scienza spaziale può essere svolta in laboratorio, afferma Zinner. "L'analisi di questi piccoli granelli può darci informazioni, come rapporti isotopici dettagliati, che non possono essere ottenuti con le tradizionali tecniche di astronomia", aggiunge.
Nguyen ora prevede di esaminare i rapporti tra isotopi di silicio e magnesio nei nove granuli. Vuole anche analizzare altri tipi di meteoriti. "Acfer 094 è uno dei meteoriti più primitivi che sono stati trovati", afferma. “Quindi ci aspetteremmo che avesse la più grande abbondanza di cereali presolari. Osservando i meteoriti che hanno subito più elaborazioni, possiamo saperne di più sugli eventi che possono distruggere quei grani. "
Fonte originale: Comunicato stampa WUSTL
