Ученые до сих пор изучают загадочное происхождение древних метеоритных зерен. Эти семена, вероятно, образовались в древних звездах, которые закончили свою жизнь до рождения нашего Солнца. Однако подобные звезды все еще существуют во Вселенной, и анализ состава метеорных « досолнечных » зерен дает очень интересное представление об их химическом строении и эволюции.
Метеорит Мерчисон — знаменитый углеродистый хондрит, найденный в 1969 году на юге Австралии недалеко от города Мерчинсон. Ученые, изучавшие его раньше, прекрасно понимали, что этот необычный «дождь» метеоритов был удачным попаданием. Не только потому, что он обогатил местность примерно 100 килограммами космической породы, или потому, что один из самых больших кусков, упавший с неба, затем пробил крышу местного амбара, никого не поранив. Еще и потому, что такие метеориты очень ценны для науки. Самый крупный из них весит 7 кг. Со временем, среди прочего, в нем было обнаружено около десятка белковых аминокислот внеземного происхождения. Это было первое подтвержденное открытие внеземных аминокислот, которое инициировало поиск этих соединений и в других углеродистых хондритах.
В январе 2020 года сообщалось, что в этом метеорите также обнаружена космическая пыль , возраст которой оценивается от 5 до 7 миллиардов лет. Таким образом, это один из старейших материалов, найденных на Земле. Ученые также ранее пытались проанализировать досолнечные частицы, содержащиеся в этом метеорите, но Нан Лю из Вашингтонского университета в Миссури, ведущий автор нового исследования по этому вопросу, считает, что предыдущие методы исследования могли быть неточными. Итак, Лю и ее команда недавно повторно проанализировали образцы знаменитого метеорита Мерчинсон.
Мурчинсон — очень первобытный метеорит, который образовался в самом начале Солнечной системы и никогда больше не таял после образования Солнечной системы, объясняет Лю. Большинство метеоритов из пояса астероидов со временем сталкиваются с другими телами и нагреваются, заставляя их плавиться, тем самым истощая старый исходный материал, образовавшийся на ранних стадиях эволюции Солнечной системы.
В метеорите Мерчинсон зерна горных пород старше Солнечной системы встроены в более молодой материал. Между тем, из предыдущих исследований известно, что эти зерна происходят до образования Солнечной системы — они имеют другой химический состав. Они сделаны из карбида кремния , простого соединения кремния и углерода. Но, как мы знаем, карбид кремния не образуется естественным образом в Солнечной системе, потому что вокруг атомов, которые могли бы его образовать, обычно слишком много атомов кислорода, поэтому атомы углерода, из которых он состоит, сначала связываются с более активным кислородом. просто создавая «обычные» молекулы угарного газа.
Поэтому наиболее вероятным источником этих зерен, по мнению астрономов , являются углеродные звезды — ярко - красные гиганты , атмосфера которых содержит больше углерода, чем кислорода. Однако, чтобы подтвердить эту теорию, ученые должны сначала определить, соответствует ли состав некоторых изотопов, содержащихся в метеоритных зернах, составу углеродных звезд. Изотопы — это разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся только количеством нейтронов в ядре. Однако, хотя некоторые изотопы распространены в Солнечной системе, другие могут образовываться только внутри определенных типов звезд.
Оказалось, что изотопный состав исследованных метеоритных зерен сильно отличается от тех, которые мы наблюдаем в современной Солнечной системе. Во многих объектах нашей системы мы можем наблюдать типичное отношение углерода С12 к углероду С13, равное примерно 89. Между тем досолнечные зерна из метеорита Мерчинсон имеют совершенно другие отношения содержания углерода С12 к С13, колеблющиеся в пределах от 2 до 200, что может быть результатом реакции синтеза, поскольку они когда-то происходили в недрах их бывших материнских звезд. То же самое относится и к исследованным изотопам азота, алюминия и магния .
Астрономов, однако, особенно интересует, соответствует ли изотопный состав, обнаруженный в зернах метеорита Мерчинсон, тому, что показали наблюдения за углеродными звездами. Однако это нелегко проверить, и результаты более ранних ученых были весьма неубедительными. Одна из причин, по словам Лю, могла заключаться в том, что углеродные звезды на самом деле не были тем местом, где образовались эти зерна. Это довольно простое и очевидное объяснение этой загадки. Однако объяснение могло быть и проще.
Более ранние измерения показали гораздо более низкое соотношение изотопов углерода и азота в зернах , объясняет Лю. Но я подумал, что проблема может быть в аналитическом методе. Эти крупинки провели сотни миллионов лет в межзвездной среде и миллиарды лет уже в нашей Солнечной системе, в результате чего их поверхности смогли поглотить эти вещества. Другими словами, загрязнение могло произойти легко, а это означало бы, что в предыдущих исследованиях ученые измеряли гораздо более молодые загрязнители на поверхности, а не сами зерна до появления солнца.
Лю и ее команда разработали новый аналитический метод, специально предназначенный для удаления любого материала, который со временем может прилипнуть к поверхности зерен. В этом каркасе куски метеорита Мерчинсон сначала растворяли в кислоте, пока не остались только зерна карбида кремния. Затем их самих «окропили» струями ионов цезия и кислорода, чтобы избавиться от любого материала, который мог появиться из более молодых компонентов метеорита. Затем команда провела спектроскопические измерения изотопного состава зерен, приготовленных таким образом. Результаты теперь намного больше соответствовали данным наблюдений за углеродными звездами. Это подтвердило первоначальные подозрения Лю и показало, что не только зерна в этом метеорите, скорее всего, произошли от них, но и,
Новые изотопные данные, полученные в этом исследовании, представляют большой интерес для таких звездных физиков и ядерных астрофизиков, как я , — сказал в пресс-релизе Маурицио Буссо, соавтор исследования из Университета Перуджи в Италии. Эти данные объясняют разницу между тем, что изначально присутствовало в досолнечных пылинках звезд, и тем, что к ним присоединялось позже. Таким образом была решена давняя загадка, беспокоившая ученых.
Например, по словам самой Лю, новые данные дают нам представление о том, как углеродные звезды производят внутри себя алюминий. Однако, как он добавляет, текущие результаты все еще нуждаются в подтверждении дальнейшими исследованиями.
