Ein Meteorit, der die Geburt des Sonnensystems bezeugt

2011 bestätigten Wissenschaftler einen Verdacht: Es gab eine Spaltung im lokalen Kosmos. Proben des Sonnenwinds, die von der Genesis-Mission auf die Erde zurückgebracht wurden, haben definitiv festgestellt, dass sich die Sauerstoffisotope in der Sonne von denen auf der Erde, dem Mond und anderen Planeten und Satelliten des Sonnensystems unterscheiden.

Zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems war die Materie, die später zu Planeten verschmelzen sollte, von einer starken Dosis ultraviolettes Licht, was diesen Unterschied erklären könnte. Von wo kommt er? Zwei Theorien tauchten auf: Entweder kam ultraviolettes Licht von unserer damals jungen Sonne oder es kam von einem nahegelegenen großen Stern in der Sternenkinderstube der Sonne.

Jetzt haben Forscher im Labor von Ryan Ogliore, einem Assistenzprofessor für Physik in den Künsten und Wissenschaften an der Washington University in St. Louis, ermittelt, wer für die Spaltung verantwortlich war. Es war wahrscheinlich das Licht eines massereichen, längst toten Sterns, der diesen Eindruck auf den felsigen Körpern des Sonnensystems hinterließ. Die Studie wurde von Lionel Vacher, Postdoktorand am Space Science Laboratory des Physik-Departments, geleitet.

Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Geochimica und Cosmochimica Acta.

„Wir wussten, dass wir geboren wurden aus Sternenstaub: das heißt der Staub, der von anderen erzeugt wird Sterne in unserer galaktischen Nachbarschaft gehörten zu den Bausteinen des Sonnensystems “, sagte Ogliore.

„Aber diese Studie hat gezeigt, dass Sterne leuchten hatte auch einen tiefgreifenden Einfluss auf unsere Herkunft.“

Kleine Zeitkapsel

All diese Tiefe war in nur 85 Gramm Gestein enthalten, einem 1990 in Algerien als Meteorit gefundenen Asteroidenstück namens Acfer 094. Asteroiden und Planeten entstanden aus demselben präsolaren Material, wurden jedoch von verschiedenen natürlichen Prozessen beeinflusst. Die felsigen Bausteine, die sich zu Asteroiden und Planeten zusammenschlossen, wurden zertrümmert und geschlagen; verdampft und rekombiniert; und komprimiert und erhitzt. Aber der Asteroid, von dem Afer 094 stammte, überlebte 4,6 Milliarden Jahre fast unbeschadet.

„Es ist einer der primitivsten Meteoriten in unserer Sammlung“, sagte Vacher. „Es wurde nicht wesentlich erhitzt. Es enthält poröse Regionen und winzige Körner, die sich um andere Sterne herum gebildet haben. Es ist ein zuverlässiger Zeuge für die Entstehung des Sonnensystems.“

Acfer 094 ist auch der einzige Meteorit, der kosmischen Symplexit enthält, eine Mischung aus Eisenoxid und Eisensulfid mit extrem schweren Sauerstoffisotopen, ein wichtiger Befund.

Die Sonne enthält im Vergleich zum Rest des Sonnensystems etwa 6% mehr des leichtesten Sauerstoffisotops. Dies kann durch das ultraviolette Licht erklärt werden, das auf die Bausteine ​​des Sonnensystems scheint und Kohlenmonoxidgas selektiv in seine Atome zerlegt. Dieser Prozess erzeugt auch ein Reservoir an viel schwereren Sauerstoffisotopen. Bis zum Cosmic Symplectite hatte jedoch niemand diese schwere Isotopensignatur in Materialproben aus dem Sonnensystem gefunden.

Mit nur drei Isotopen reichte das Auffinden der schweren Sauerstoffisotope jedoch nicht aus, um die Frage zu beantworten, woher das Licht kommt. Verschiedene ultraviolette Spektren könnten das gleiche Ergebnis erzeugt haben.

„Da kam Ryan auf die Idee zu Schwefelisotopen“, sagt Vacher.

Die vier Schwefelisotope würden ihre Spuren in unterschiedlichen Anteilen hinterlassen, abhängig vom Spektrum des ultravioletten Lichts, das das Schwefelwasserstoffgas im protosolaren System bestrahlt. Ein massereicher Stern und ein junger sonnenähnlicher Stern haben unterschiedliche ultraviolette Spektren.

Kosmischer Symplexit entstand, als das Eis auf dem Asteroiden schmolz und mit kleinen Eisen-Nickel-Stücken reagierte. Kosmischer Symplexit enthält neben Sauerstoff auch Schwefel in Eisensulfid. Wenn sein Sauerstoff diesen alten astrophysikalischen Prozess miterlebte, der zu schwerem Sauerstoff führte Isotope– vielleicht auch sein Schwefel.

„Wir haben ein Modell entwickelt“, sagte Ogliore. „Wenn ich einen massereichen Stern hätte, welche Isotopen-Anomalien würden entstehen? Und für einen jungen Stern ähnlich der Sonne? Die Genauigkeit des Modells hängt von experimentellen Daten ab Schwefelwasserstoff wird mit ultraviolettem Licht bestrahlt.“

Eine weitere Herausforderung waren die Messungen der Schwefel- und Sauerstoffisotope des kosmischen Symplexits in Afer 094. Die Körner von mehreren zehn Mikrometern und einer Mischung von Mineralien erforderten neue Techniken auf zwei verschiedenen In-situ-Sekundärionen-Massenspektrometern: dem NanoSIMS der Physikabteilung (mit Hilfe von Nan Liu, Dozent für Physik) und dem 7f-GEO am Department of Earth and Planetary Sciences, ebenfalls in Arts & Sciences.

Baue das Puzzle zusammen

Es hat geholfen, Freunde in den Erd- und Planetenwissenschaften zu haben, insbesondere David Fike, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften und Direktor für Umweltstudien in Kunst und Wissenschaft sowie Direktor des International Energy Center. , Umwelt und Nachhaltigkeit, und Clive Jones. Wissenschaftlicher Mitarbeiter in den Erd- und Planetenwissenschaften.

„Sie sind Experten für hochpräzise In-situ-Schwefelisotopenmessungen für die Biogeochemie“, sagte Ogliore. „Ohne diese Zusammenarbeit hätten wir nicht die Präzision erreicht, die wir brauchten, um die Szenarien der jungen Sonne und massereicher Sterne zu unterscheiden.“

Die Schwefelisotopenmessungen des kosmischen Symplexits stimmten mit der ultravioletten Bestrahlung eines massereichen Sterns überein, stimmten jedoch nicht mit dem UV-Spektrum der jungen Sonne überein. Die Ergebnisse bieten eine einzigartige Perspektive auf die astrophysikalische Umgebung der Geburt der Sonne vor 4,6 Milliarden Jahren. Nachbar massive Sterne waren wahrscheinlich nahe genug, dass ihr Licht die Bildung des Sonnensystems beeinflussen würde. Ein so dichter Stern am Nachthimmel würde heller erscheinen als der Vollmond.

Heute können wir in den Himmel blicken und sehen, wie sich eine ähnliche Entstehungsgeschichte anderswo in der Galaxie entwickelt.

„Wir sehen im Orionnebel entstehende Planetensysteme, sogenannte Proplyden, die durch ultraviolettes Licht von massereichen O- und B-Sternen in der Nähe photoverdampft werden“, sagte Vacher.

„Wenn die Proplyds diesen Sternen zu nahe sind, können sie auseinander reißen und die Planeten entstehen nie. Wir kennen jetzt unseren. Sonnensystem bei der Geburt war nahe genug, um vom Licht dieser Sterne beeinflusst zu werden“, sagte er. Aber zum Glück nicht zu nahe. „Diese Arbeit wurde vom McDonnell Center for Space Sciences der Washington University in St. Louis und dem NASA-Stipendium NNX14AF22G unterstützt.