Afbeelding tegoed: WUSTL
Ann Nguyen koos een risicovol project voor haar studies aan de Washington University in St. Louis. Had een universiteitsteam al 100.000 korrels uit een meteoriet gezeefd om een bepaald soort sterrenstof te zoeken? zonder succes.
In 2000 besloot Nguyen het opnieuw te proberen. Ongeveer 59.000 granen later wierp haar moedige beslissing zijn vruchten af. In het nummer van 5 maart van Science beschrijven Nguyen en haar adviseur, Ernst K. Zinner, Ph.D., hoogleraar natuurkunde en aard- en planeetwetenschappen, beide in Arts & Sciences, negen vlekken silicaat sterrenstof? presolaire silicaatkorrels? van een van de meest primitieve meteorieten die we kennen.
"Het vinden van presolaire silicaten in een meteoriet vertelt ons dat het zonnestelsel is gevormd uit gas en stof, waarvan sommige nooit erg heet zijn geworden, in plaats van uit een hete zonnevel.", Zegt Zinner. "Het analyseren van dergelijke korrels geeft informatie over hun stellaire bronnen, nucleaire processen in sterren en de fysische en chemische samenstellingen van stellaire atmosferen."
In 1987 vonden Zinner en collega's van de Washington University en een groep wetenschappers van de University of Chicago het eerste sterrenstof in een meteoriet. Die presolaire korrels waren spikkels diamant en siliciumcarbide. Hoewel er sindsdien andere soorten zijn ontdekt in meteorieten, zijn er geen gemaakt van silicaat, een verbinding van silicium, zuurstof en andere elementen zoals magnesium en ijzer.
"Dit was nogal een mysterie omdat we uit astronomische spectra weten dat silicaatkorrels het meest voorkomende type zuurstofrijk graan zijn dat in sterren wordt gemaakt", zegt Nguyen. "Maar tot nu toe zijn presolaire silicaatkorrels alleen geïsoleerd uit monsters van interplanetaire stofdeeltjes van kometen."
Ons zonnestelsel is gevormd uit een wolk van gas en stof die de ruimte in is gespuwd door exploderende rode reuzen en supernovae. Een deel van dit stof vormde asteroïden en meteorieten zijn fragmenten die van asteroïden zijn afgeslagen. De meeste deeltjes in meteorieten lijken op elkaar omdat stof van verschillende sterren gehomogeniseerd werd in het inferno dat het zonnestelsel vormde. Zuivere monsters van een paar sterren raakten echter diep in sommige meteorieten gevangen. Die korrels die zuurstofrijk zijn, zijn te herkennen aan hun ongebruikelijke verhoudingen van zuurstofisotopen.
Nguyen, een afgestudeerde student aard- en planeetwetenschappen, analyseerde ongeveer 59.000 korrels van Acfer 094, een meteoriet die in 1990 in de Sahara werd gevonden. Ze scheidde de korrels in water in plaats van met agressieve chemicaliën, die silicaten kunnen vernietigen. Ze gebruikte ook een nieuw type ionensonde, de NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), waarmee objecten kleiner dan een micrometer (een miljoenste van een meter) kunnen worden opgelost.
Zinner en Frank Stadermann, Ph.D., senior research scientist in het Laboratory for Space Sciences aan de universiteit, hielpen bij het ontwerpen en testen van de NanoSIMS, gemaakt door CAMECA in Parijs. Voor een bedrag van $ 2 miljoen heeft de Washington University in 2001 het eerste instrument ter wereld gekocht.
Ionenprobes richten een straal ionen op één plek op een monster. De straal maakt enkele van de eigen atomen van het monster los, waarvan sommige geïoniseerd worden. Deze secundaire ionenbundel komt een massaspectrometer binnen die is ingesteld om een bepaalde isotoop te detecteren. Zo kunnen ionensondes korrels identificeren die een ongebruikelijk hoog of laag aandeel van die isotoop hebben.
In tegenstelling tot andere ionensondes kan de NanoSIMS echter vijf verschillende isotopen tegelijkertijd detecteren. De straal kan ook automatisch van plek naar plek reizen, zodat vele honderden of duizenden korrels in één experimentele opstelling kunnen worden geanalyseerd. 'De NanoSIMS was essentieel voor deze ontdekking', zegt Zinner. 'Deze presolaire silicaatkorrels zijn erg klein? slechts een fractie van een micrometer. De hoge ruimtelijke resolutie en hoge gevoeligheid van het instrument maakten deze metingen mogelijk. "
Met behulp van een primaire bundel cesiumionen heeft Nguyen nauwgezet de hoeveelheden van drie zuurstofisotopen gemeten? 16O, 17O en 18O? in elk van de vele granen die ze bestudeerde. Negen korrels, met diameters van 0,1 tot 0,5 micrometer, hadden ongebruikelijke verhoudingen van zuurstofisotopen en waren sterk verrijkt met silicium. Deze presolaire silicaatkorrels vielen in vier groepen. Vijf korrels waren verrijkt in 17O en enigszins uitgeput in 18O, wat suggereert dat diepe menging in rode reuzen of asymptotische reuzentaksterren verantwoordelijk was voor hun zuurstofisotopensamenstellingen.
Eén korrel was in 18O erg uitgeput en werd daarom waarschijnlijk geproduceerd in een ster met een lage massa toen oppervlaktemateriaal afdaalde naar gebieden die heet genoeg waren om kernreacties te ondersteunen. Een andere was verrijkt in 16O, wat typisch is voor korrels van sterren die minder elementen bevatten die zwaarder zijn dan helium dan onze zon. De laatste twee korrels waren verrijkt in zowel 17O als 18O en zouden dus afkomstig kunnen zijn van supernova's of sterren die meer verrijkt zijn met elementen die zwaarder zijn dan helium in vergelijking met onze zon.
Door energiedispersieve röntgenspectra te verkrijgen, bepaalde Nguyen de waarschijnlijke chemische samenstelling van zes van de presolaire korrels. Er lijken twee olivijnen en twee pyroxenen te zijn, die voornamelijk zuurstof, magnesium, ijzer en silicium bevatten, maar in verschillende verhoudingen. De vijfde is een aluminiumrijk silicaat en de zesde is verrijkt met zuurstof en ijzer en zou glas kunnen zijn met ingebed metaal en sulfiden.
Het overwicht van ijzerrijke korrels is verrassend, zegt Nguyen, omdat astronomische spectra meer magnesiumrijke korrels hebben gedetecteerd dan ijzerrijke korrels in de atmosfeer rond sterren. 'Het is mogelijk dat ijzer in deze korrels is verwerkt toen het zonnestelsel werd gevormd', legt ze uit.
Deze gedetailleerde informatie over sterrenstof bewijst dat ruimtewetenschap in het laboratorium kan worden gedaan, zegt Zinner. "Het analyseren van deze kleine stippen kan ons informatie opleveren, zoals gedetailleerde isotopenverhoudingen, die niet verkregen kunnen worden met de traditionele technieken van de astronomie", voegt hij eraan toe.
Nguyen is nu van plan de verhoudingen van silicium- en magnesiumisotopen in de negen korrels te bekijken. Ze wil ook andere soorten meteorieten analyseren. 'Acfer 094 is een van de meest primitieve meteorieten die is gevonden', zegt ze. 'We zouden dus verwachten dat het de grootste hoeveelheid presolaire granen bevat. Door te kijken naar meteorieten die meer verwerking hebben ondergaan, kunnen we meer leren over de gebeurtenissen die die korrels kunnen vernietigen. '
Oorspronkelijke bron: WUSTL-persbericht
