Метеорит содержит самый старый материал на Земле: 7-миллиардную звездную пыль

Звезды имеют жизненные циклы. Они рождаются, когда частицы пыли и газа, плавающие в космосе, находят друг друга, падают друг на друга и нагреваются. Они горят от миллионов до миллиардов лет, а затем умирают. Когда они умирают, они выбрасывают частицы, которые образовались в их ветрах, в космос, и эти частицы звездной пыли в конечном итоге образуют новые звезды, наряду с новыми планетами, лунами и метеоритами. И в метеорите, который упал пятьдесят лет назад в Австралии, ученые теперь обнаружили звездную пыль, которая сформировалась 5-7 миллиардов лет назад — самый старый твердый материал, когда-либо найденный на Земле.

«Это одно из самых захватывающих исследований, над которыми я работал», — говорит Филипп Хек, куратор Полевого музея, доцент Чикагского университета и ведущий автор статьи, описывающей результаты, изложенные в материалах Национального собрания. Академия Наук . «Это самые старые твердые материалы из когда-либо найденных, и они рассказывают нам о том, как звезды образовались в нашей галактике».

Материалы, которые Хек и его коллеги исследовали, называются пресолярными зернами-минералами, образовавшимися до рождения Солнца. «Это твердые образцы звезд, настоящая звездная пыль», — говорит Хек. Эти кусочки звездной пыли оказались в ловушке в метеоритах, где они оставались неизменными в течение миллиардов лет, превращая их в капсулы времени, предшествовавшие Солнечной системе.

Но пресолярные зерна трудно найти. Они редки, встречаются только примерно в пяти процентах метеоритов, которые упали на Землю, и они крошечные — сотня самых больших из них соответствуют периоду в конце этого предложения. Но у Полевого музея есть самая большая часть метеорита Мерчисон, сокровищница пресолярных зерен, упавшая в Австралии в 1969 году и предоставленная науке людьми из Мерчисона, Виктория. Пресолярные зерна для этого исследования были выделены из метеорита Мерчисона для этого исследования около 30 лет назад в Чикагском университете.

«Все начинается с дробления фрагментов метеорита в порошок», — объясняет Дженника Грир, аспирантка в Полевом музее и Чикагском университете и соавтор исследования. «Как только все кусочки отделены друг от друга, это своего рода паста, и она имеет острый характер — она ​​пахнет как гнилое арахисовое масло».

Эту «пасту из гнилого арахисового масла и метеорита» затем растворяли в кислоте до тех пор, пока не остались только предзольные зерна. «Это похоже на сжигание стога сена, чтобы найти иглу», — говорит Хек.

После того, как презолярные зерна были изолированы, исследователи выяснили, по каким типам звезд они пришли и сколько им лет. «Мы использовали данные о возрасте облучения, которые в основном измеряют их воздействие на космические лучи, которые представляют собой частицы с высокой энергией, которые летят через нашу галактику и проникают в твердое вещество», — объясняет Хек. «Некоторые из этих космических лучей взаимодействуют с материей и образуют новые элементы. И чем дольше они экспонируются, тем больше образуются эти элементы».

«Я сравниваю это с тушением ведра во время ливня. Предполагая, что количество осадков постоянное, количество воды, которая накапливается в ведре, говорит вам, как долго оно находилось под воздействием», — добавляет он. Измеряя, сколько из этих новых произведенных космических лучей элементов присутствует в предсолярном зерне, мы можем определить, как долго оно подвергалось воздействию космических лучей, что говорит нам, сколько ему лет.

Исследователи выяснили, что некоторые из предзолярных зерен в их образце были самыми старыми из когда-либо обнаруженных — исходя из того, сколько космических лучей они впитали, большинству зерен было от 4,6 до 4,9 миллиардов лет, а некоторые зерна были даже старше чем 5,5 миллиардов лет. Для контекста, нашему Солнцу 4,6 миллиарда лет, а Земле 4,5 миллиарда.

Но возраст зерен пресолярного не был концом открытия. Поскольку предсолярные зерна образуются, когда звезда умирает, они могут рассказать нам об истории звезд. И 7 миллиардов лет назад, по-видимому, образовался огромный рост новых звезд — своего рода астральный бэби-бум.

«У нас больше молодого зерна, чем мы ожидали», — говорит Хек. «Наша гипотеза состоит в том, что большинство этих зерен, возраст которых составляет от 4,9 до 4,6 миллиардов лет, образовались в период усиленного звездообразования. До начала Солнечной системы было время, когда образовалось больше звезд, чем обычно».

Этот вывод является боеприпасом в дебатах между учеными о том, образуются ли новые звезды с постоянной скоростью, или же есть периоды взлета и падения числа новых звезд с течением времени. «Некоторые люди думают, что скорость звездообразования в галактике постоянна», — говорит Хек. «Но благодаря этим зернам у нас теперь есть прямое свидетельство периода усиленного звездообразования в нашей галактике семь миллиардов лет назад с помощью образцов из метеоритов. Это один из ключевых результатов нашего исследования».

Хек отмечает, что это не единственная неожиданность, которую обнаружила его команда. Как почти дополнительная заметка к основным вопросам исследования, при изучении того, как минералы в зернах взаимодействуют с космическими лучами, исследователи также узнали, что пресолярные зерна часто плавают в пространстве, слипшимся в большие скопления, «как мюсли», говорит Хек. , «Никто не думал, что это возможно в таком масштабе».

Хек и его коллеги с нетерпением ждут всех этих открытий, расширяющих наши знания о нашей галактике. «С помощью этого исследования мы прямо определили время жизни звездной пыли. Мы надеемся, что это будет собрано и изучено, чтобы люди могли использовать это в качестве входных данных для моделей всего галактического жизненного цикла», — говорит он.

Хек отмечает, что на протяжении всей жизни оставалось множество вопросов, которые нужно ответить о предсолярных зернах и ранней Солнечной системе. «Мне бы хотелось, чтобы над этим работало больше людей, чтобы узнать больше о нашей домашней галактике, Млечном Пути», — говорит он.

«Узнав об этом, как ты хочешь учиться чему-нибудь еще?» говорит Грир. «Это потрясающе, это самая интересная вещь в мире».

«Я всегда хотел сделать астрономию с геологическими образцами, которые я могу держать в руке», — говорит Хек. «Так интересно смотреть на историю нашей галактики. Звездная пыль — самый древний материал, достигающий Земли, и из него мы можем узнать о наших родительских звездах, происхождении углерода в наших телах, происхождении кислорода, которым мы дышим. С помощью звездной пыли мы можем проследить этот материал до времени до Солнца «.

«Это следующая лучшая возможность получить образец непосредственно от звезды», — говорит Грир.

В этом исследовании приняли участие исследователи из Полевого музея, Чикагского университета, Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, Вашингтонского университета, Гарвардской медицинской школы, ETH Zurich и Австралийского национального университета. Финансирование было предоставлено НАСА, Фондом TAWANI, Национальным научным фондом, Министерством энергетики, Швейцарским национальным научным фондом, Бразильским национальным советом по научно-техническому развитию и Комитетом по финансированию науки и стипендии Музея.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Полевым музеем . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Филипп Р. Хек, Дженника Грир, Левке Кёп, Рето Траппич, Фрэнк Джингард, Хеннер Буземанн, Колин Маден, Янайна Н. Авила, Эндрю М. Дэвис, Райнер Вилер. Время жизни межзвездной пыли от возраста облучения космическими лучами предсолярного карбида кремния . Известия Национальной академии наук , 13 января 2020 г .; DOI: 10.1073 / pnas.1904573117