Crédito de la imagen: WUSTL
Ann Nguyen eligió un proyecto arriesgado para sus estudios de posgrado en la Universidad de Washington en St. Louis. ¿Un equipo universitario ya había examinado 100,000 granos de un meteorito para buscar un tipo particular de polvo de estrellas? sin éxito.
En 2000, Nguyen decidió intentarlo de nuevo. Unos 59,000 granos más tarde, su valiente decisión valió la pena. En la edición del 5 de marzo de Science, Nguyen y su asesor, Ernst K. Zinner, Ph.D., profesor investigador de física y ciencias de la tierra y planetarias, ambos en Artes y Ciencias, ¿describen nueve motas de polvo de estrellas de silicato? granos de silicato presolar? de uno de los meteoritos más primitivos conocidos.
"Encontrar silicatos presolares en un meteorito nos dice que el sistema solar se formó a partir de gas y polvo, algunos de los cuales nunca se calentaron mucho, en lugar de una nebulosa solar caliente", dice Zinner. "El análisis de tales granos proporciona información sobre sus fuentes estelares, procesos nucleares en estrellas y las composiciones físicas y químicas de atmósferas estelares".
En 1987, Zinner y sus colegas de la Universidad de Washington y un grupo de científicos de la Universidad de Chicago encontraron el primer polvo de estrellas en un meteorito. Esos granos presolares eran motas de diamante y carburo de silicio. Aunque desde entonces se han descubierto otros tipos en meteoritos, ninguno estaba hecho de silicato, un compuesto de silicio, oxígeno y otros elementos como el magnesio y el hierro.
"Esto fue todo un misterio porque sabemos, por espectros astronómicos, que los granos de silicato parecen ser el tipo más abundante de grano rico en oxígeno hecho en las estrellas", dice Nguyen. "Pero hasta ahora, los granos de silicato presolar se han aislado solo de muestras de partículas de polvo interplanetario de los cometas".
Nuestro sistema solar se formó a partir de una nube de gas y polvo que fueron arrojados al espacio por la explosión de gigantes rojas y supernovas. Parte de este polvo formó asteroides, y los meteoritos son fragmentos desprendidos de asteroides. La mayoría de las partículas en los meteoritos se parecen entre sí porque el polvo de diferentes estrellas se homogeneizó en el infierno que dio forma al sistema solar. Sin embargo, las muestras puras de algunas estrellas quedaron atrapadas en el interior de algunos meteoritos. Los granos ricos en oxígeno pueden reconocerse por sus proporciones inusuales de isótopos de oxígeno.
Nguyen, una estudiante graduada en ciencias de la tierra y planetarias, analizó alrededor de 59,000 granos del Acfer 094, un meteorito que se encontró en el Sahara en 1990. Separó los granos en agua en lugar de con químicos fuertes, que pueden destruir los silicatos. También usó un nuevo tipo de sonda de iones llamada NanoSIMS (espectrómetro de masas de iones secundario), que puede resolver objetos más pequeños que un micrómetro (una millonésima parte de un metro).
Zinner y Frank Stadermann, Ph.D., científico investigador senior en el Laboratorio de Ciencias del Espacio de la universidad, ayudaron a diseñar y probar el NanoSIMS, que fabrica CAMECA en París. A un costo de $ 2 millones, la Universidad de Washington adquirió el primer instrumento en el mundo en 2001.
Las sondas de iones dirigen un haz de iones a un punto de una muestra. El haz desaloja algunos de los átomos de la muestra, algunos de los cuales se ionizan. Este haz de iones secundario ingresa a un espectrómetro de masas que está configurado para detectar un isótopo particular. Por lo tanto, las sondas de iones pueden identificar granos que tienen una proporción inusualmente alta o baja de ese isótopo.
Sin embargo, a diferencia de otras sondas de iones, el NanoSIMS puede detectar cinco isótopos diferentes simultáneamente. El rayo también puede viajar automáticamente de un punto a otro para que se puedan analizar cientos o miles de granos en una configuración experimental. "El NanoSIMS fue esencial para este descubrimiento", dice Zinner. “¿Estos granos de silicato presolar son muy pequeños? solo una fracción de un micrómetro. La alta resolución espacial y la alta sensibilidad del instrumento hicieron posible estas mediciones ".
Usando un haz primario de iones de cesio, Nguyen midió minuciosamente las cantidades de tres isótopos de oxígeno? 16O, 17O y 18O? en cada uno de los muchos granos que estudió. Nueve granos, con diámetros de 0.1 a 0.5 micrómetros, tenían relaciones inusuales de isótopos de oxígeno y estaban altamente enriquecidos en silicio. Estos granos de silicato presolar se dividieron en cuatro grupos. Se enriquecieron cinco granos en 17O y se agotaron ligeramente en 18O, lo que sugiere que la mezcla profunda en estrellas gigantes rojas o asintóticas de rama gigante fue responsable de sus composiciones isotópicas de oxígeno.
Un grano estaba muy agotado en 18O y, por lo tanto, probablemente se produjo en una estrella de baja masa cuando el material de la superficie descendió a áreas lo suficientemente calientes para soportar reacciones nucleares. Otro se enriqueció en 16O, que es típico de los granos de estrellas que contienen menos elementos más pesados que el helio que nuestro sol. Los dos granos finales se enriquecieron tanto en 17O como en 18O, por lo que podrían provenir de supernovas o estrellas que están más enriquecidas en elementos más pesados que el helio en comparación con nuestro sol.
Al obtener espectros de rayos X dispersivos de energía, Nguyen determinó la probable composición química de seis de los granos presolares. Parece que hay dos olivinas y dos piroxenos, que contienen principalmente oxígeno, magnesio, hierro y silicio, pero en diferentes proporciones. El quinto es un silicato rico en aluminio, y el sexto está enriquecido en oxígeno y hierro y podría ser vidrio con metal y sulfuros incrustados.
La preponderancia de los granos ricos en hierro es sorprendente, dice Nguyen, porque los espectros astronómicos han detectado más granos ricos en magnesio que los granos ricos en hierro en las atmósferas alrededor de las estrellas. "Podría ser que el hierro se incorporó a estos granos cuando se estaba formando el sistema solar", explica.
Esta información detallada sobre el polvo de estrellas demuestra que la ciencia espacial se puede hacer en el laboratorio, dice Zinner. "El análisis de estas pequeñas manchas puede darnos información, como relaciones isotópicas detalladas, que no pueden obtenerse mediante las técnicas tradicionales de astronomía", agrega.
Nguyen ahora planea mirar las proporciones de isótopos de silicio y magnesio en los nueve granos. Ella también quiere analizar otros tipos de meteoritos. "Acfer 094 es uno de los meteoritos más primitivos que se han encontrado", dice ella. “Por lo tanto, esperaríamos que tenga la mayor abundancia de granos presolares. Al observar los meteoritos que se han procesado más, podemos aprender más sobre los eventos que pueden destruir esos granos ".
Fuente original: Comunicado de prensa de WUSTL
