Scolpito con la luce delle stelle: meteorite testimone della nascita del sistema solare

Nel 2011, gli scienziati hanno confermato un sospetto: c’era una spaccatura nell’universo locale. Campioni del vento solare riportati sulla Terra dalla missione Genesis Gli isotopi specifici dell’ossigeno nel Sole sono decisamente diversi da quelli della Terra, della Luna e di altri pianeti e satelliti del Sistema Solare.

All’inizio della storia del sistema solare, il materiale che in seguito si sarebbe unito per formare i pianeti era esposto a una grande dose di luce ultravioletta, il che potrebbe spiegare questa differenza. Da dove è venuto? Sono emerse due teorie: o la luce ultravioletta proveniva dal nostro giovane sole, o proveniva da una grande stella vicina nel vivaio stellare del sole.

Ora, i ricercatori del laboratorio Ryan Oglior, assistente professore di fisica nelle arti e nelle scienze presso la Washington University di St. Louis, ha identificato il responsabile della scissione. Molto probabilmente è stata la luce di una stella massiccia e morta da tempo a fare una tale impressione sui corpi rocciosi del sistema solare. Lo studio è stato condotto da Lionel Fascher, ricercatore post-dottorato nel Laboratorio di Scienze Spaziali del Dipartimento di Fisica.

I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Geochimica et Cosmochimica Acta.

“Sapevamo di essere nati dalla polvere di stelle: cioè, la polvere formata da altre stelle nelle vicinanze della galassia faceva parte degli elementi costitutivi del sistema solare”, ha detto Auglior.

“Ma questo studio ha dimostrato che la luce delle stelle ha avuto un profondo effetto anche sulle nostre origini”.

piccola capsula del tempo

Tutta quella profondità era racchiusa in soli 85 grammi di roccia, un pezzo di un asteroide trovato come meteorite in Algeria nel 1990, chiamato Acfer 094. Natural Processes. I blocchi di roccia che si sono fusi si sono frantumati per formare asteroidi e pianeti. evapora e si ricompone; compresso e riscaldato. Ma l’asteroide da cui proviene Acfer 094 è riuscito a sopravvivere per 4,6 miliardi di anni, per lo più illeso.

“Questo è uno dei meteoriti più primitivi nel nostro gruppo”, ha detto Fasher. “Non si riscalda in modo significativo. Contiene regioni porose e piccoli grani formati attorno ad altre stelle. È un testimone affidabile della formazione del sistema solare”.

Acfer 094 è anche l’unico meteorite a contenere cosmic simplect, una crescita alternata di ossido di ferro e solfuro di ferro con isotopi di ossigeno molto pesanti: una scoperta importante.

Il Sole contiene circa il 6% in più dell’isotopo dell’ossigeno più leggero rispetto al resto del Sistema Solare. Ciò può essere spiegato facendo brillare la luce ultravioletta sui mattoni del sistema solare, scomponendo selettivamente il monossido di carbonio nei suoi atomi costituenti. Questo processo crea anche un serbatoio di isotopi di ossigeno molto più pesanti. Fino all’inversione cosmica, nessuno aveva trovato questa pesante firma isotopica in campioni di materiale del sistema solare.

Con solo tre isotopi, trovare gli isotopi dell’ossigeno pesante non è stato sufficiente per rispondere a una domanda sull’origine della luce. Spettri UV diversi possono creare lo stesso risultato.

“È stato allora che Ryan ha avuto l’idea degli isotopi dello zolfo”, ha detto Fascher.

I quattro isotopi di zolfo lasceranno i loro segni in proporzioni diverse a seconda dello spettro della luce ultravioletta che irradia il gas idrogeno solforato nel protosistema solare. La stella massiccia e la giovane stella simile al sole hanno diversi spettri UV.

Il simplesso cosmico si è formato quando il ghiaccio sull’asteroide si è sciolto e ha reagito con piccoli pezzi di ferro e nichel. Oltre all’ossigeno, il simplesso cosmico contiene zolfo in solfuro di ferro. Se il suo ossigeno avesse sperimentato questo antico processo astrofisico – che ha portato agli isotopi dell’ossigeno pesante – allora potrebbe essersi verificato anche lo zolfo.

“Abbiamo sviluppato un modello”, ha detto Auglior. “Se ho una stella massiccia, quali sono le anomalie isotopiche che possono verificarsi? Che dire di una stella giovane come il sole? L’accuratezza del modello dipende dai dati sperimentali. Fortunatamente, altri scienziati hanno fatto esperimenti affascinanti su cosa succede ai rapporti isotopici quando l’idrogeno solforato viene irradiato con violetto ultravioletto”.

Le misurazioni degli isotopi di zolfo e ossigeno del simplesso cosmico ad Acfer 094 si sono rivelate un’altra sfida. I grani, delle dimensioni di decine di micrometri e una miscela di metalli, hanno richiesto nuove tecniche a due diversi spettrometri di massa di ioni secondari in situ: NanoSIMS nel Dipartimento di Fisica (con l’assistenza di Nan Liu, ricercatore professore di fisica) e 7f -GEO nel Dipartimento di Scienze della Terra e Planetarie, nonché in Arti e Scienze.

Mettere insieme il puzzle

Ha aiutato a fare amicizia in particolare nelle scienze della Terra e planetarie David VickProfessore di Scienze della Terra e Planetarie e Direttore di Studi Ambientali in Arti e Scienze Cliff Jones, ricercatore in scienze della Terra e planetarie.

“Sono esperti nelle misurazioni degli isotopi di zolfo in situ ad alta risoluzione per la biochimica”, ha detto Auglior. “Senza questa collaborazione, non avremmo raggiunto l’accuratezza di cui abbiamo bisogno per distinguere tra scenari per un giovane Sole e stelle massicce”.

Le misurazioni degli isotopi di zolfo del simplesso cosmico erano coerenti con la radiazione ultravioletta di una stella massiccia, ma non si adattavano allo spettro ultravioletto del giovane Sole. I risultati forniscono una prospettiva unica sull’ambiente astrofisico della nascita del Sole 4,6 miliardi di anni fa. È possibile che le stelle massicce vicine fossero abbastanza vicine da influenzare la formazione del sistema solare. Una stella così massiccia nelle vicinanze nel cielo notturno sembrerebbe più luminosa di una luna piena.

Oggi possiamo alzare gli occhi al cielo e vedere una storia di origine simile apparire altrove nella galassia.

“Vediamo sistemi planetari emergenti, chiamati propiloidi, nella Nebulosa di Orione, che sono foto-evaporati dalla radiazione ultravioletta delle vicine stelle O e B”, ha detto Fascher.

“Se gli elementi fossero troppo vicini a queste stelle, potrebbero rompersi e i pianeti non si formerebbero mai. Ora sappiamo che il nostro sistema solare alla sua nascita era abbastanza vicino da essere influenzato dalla luce di queste stelle. “Ma fortunatamente non troppo vicino.

Questo lavoro è stato supportato dal McDonnell Center for Space Science della Washington University di St. Louis e dalla concessione della NASA NNX14AF22G.