Stjernefossiler i meteoritter peger på fjerne stjerner

Nogle uberørte meteoritter indeholder en registrering af solsystemets oprindelige byggesten, herunder korn, der blev dannet i gamle stjerner, der døde, før solen blev dannet. En af de største udfordringer ved at studere disse præsolare korn er at bestemme, hvilken type stjerne hvert korn kom fra.

Nan Liu, forskningsassistent professor i fysik i kunst og videnskab ved Washington University i St. Louis, er førsteforfatter til en ny undersøgelse i Astrofysiske tidsskriftsbreve der analyserer et forskelligartet sæt præsolar korn med det mål at realisere deres sande stjerneoprindelse.

Liu og hendes team brugte et avanceret massespektrometer kaldet NanoSIMS til at måle isotoper af en række elementer, herunder N- og Mg-Al-isotoperne i presolar siliciumcarbid (SiC) korn. Ved at forfine deres analytiske protokoller og også bruge en ny generation af plasmaionkilde, forskerne var i stand til at visualisere deres prøver med bedre rumlig opløsning end tidligere undersøgelser kunne opnå.

"Presolar korn har været indlejret i meteoritter i 4,6 milliarder år og er nogle gange belagt med solmaterialer på overfladen, " sagde Liu. "Takket være den forbedrede rumlige opløsning, vores team var i stand til at se Al-forurening fastgjort på overfladen af ​​et korn og opnå ægte stjernesignaturer ved kun at inkludere signaler fra kernen af ​​kornet under datareduktionen."

Forskerne sputterede kornene ved hjælp af en ionstråle i længere perioder for at afsløre rent, indvendige kornoverflader til deres isotopanalyser. Forskerne fandt ud af, at N-isotopforholdene i det samme korn steg kraftigt, efter at kornet blev udsat for langvarig ionforstøvning.

Isotopforhold kan sjældent måles for stjerner, men C- og N-isotoper er to undtagelser. De nye C- og N-isotopdata for de præsolare korn rapporteret i denne undersøgelse forbinder kornene direkte med forskellige typer kulstofstjerner baseret på disse stjerners observerede isotopforhold.

"De nye isotopiske data opnået i denne undersøgelse er spændende for stjernefysikere og nukleare astrofysikere som mig, sagde Maurizio Busso, en medforfatter til undersøgelsen, som er baseret på University of Perugia, i Italien. "Ja, de 'mærkelige' N-isotopforhold mellem SiC-korn fra før sol har i de sidste to årtier været en bemærkelsesværdig kilde til bekymring. De nye data forklarer forskellen mellem, hvad der oprindeligt var til stede i de præsolare stjernestøvkorn, og hvad der senere blev vedhæftet, dermed løse et mangeårigt puslespil i samfundet."

Undersøgelsen omfatter også en betydelig udforskning af radioaktiv isotop aluminium-26 ( ²⁶ Al), en vigtig varmekilde under udviklingen af ​​unge planetlegemer i det tidlige solsystem og også andre ekstra-solsystemer. Forskerne udledte den første tilstedeværelse af store mængder ²⁶ Al i alle målte korn, som forudsagt af nuværende modeller. Undersøgelsen afgjorde hvor meget ²⁶ Al blev produceret af "forældrestjernerne" af de korn, de målte. Liu og hendes samarbejdspartnere konkluderede, at stjernemodel forudsigelser for ²⁶ Al er for høje med mindst en faktor to, sammenlignet med korndata.

Forskydningerne i datamodellen peger sandsynligvis på usikkerheder i relevante nukleare reaktionshastigheder, Liu bemærkede, og vil motivere kernefysikere til at forfølge bedre målinger af disse reaktionshastigheder i fremtiden.

Holdets resultater forbinder nogle af de præsolare korn i denne samling til dårligt kendte kulstofstjerner med ejendommelige kemiske sammensætninger.

Kornens isotopdata peger på H-brændingsprocesser, der forekommer i sådanne kulstofstjerner ved højere temperaturer end forventet. Denne information vil hjælpe astrofysikere med at konstruere stjernemodeller for bedre at forstå udviklingen af ​​disse stjerneobjekter.

"Når vi lærer mere om kilderne til støv, vi kan få yderligere viden om universets historie og hvordan forskellige stjerneobjekter i det udvikler sig, " sagde Liu.