Aske fra en døende stjerner har spor om solsystemets fødsel

Et støvkorn smedet i en for længst svunden stjernes dødskamp blev opdaget af et hold forskere ledet af University of Arizona.

Opdagelsen udfordrer nogle af de nuværende teorier om, hvordan døende stjerner sår universet med råmaterialer til dannelsen af ​​planeter og, ultimativt, livets forløbermolekyler.

Gemt inde i en kondritisk meteorit samlet i Antarktis, den lille plet repræsenterer faktisk stjernestøv, højst sandsynligt slynget ud i rummet af en eksploderende stjerne, før vores egen sol eksisterede. Selvom sådanne korn menes at give vigtige råmaterialer, der bidrager til den blanding, hvorfra solen og vores planeter blev dannet, de overlever sjældent den uro, der følger med fødslen af ​​et solsystem.

"Som egentligt støv fra stjerner, sådanne præsolare korn giver os indsigt i de byggesten, som vores solsystem er dannet af, sagde Pierre Haenecour, hovedforfatter af papiret, som er planlagt til forudgående online offentliggørelse den Natur astronomi hjemmeside den 29. april. "De giver os også et direkte øjebliksbillede af forholdene i en stjerne på det tidspunkt, hvor dette korn blev dannet."

Døbt LAP-149, støvkornet repræsenterer den eneste kendte samling af grafit- og silikatkorn, der kan spores til en bestemt type stjerneeksplosion kaldet en nova. Bemærkelsesværdigt, det overlevede rejsen gennem det interstellare rum og rejste til det område, der ville blive vores solsystem for omkring 4,5 milliarder år siden, måske tidligere, hvor den blev indlejret i en primitiv meteorit.

Novae er dobbeltstjernesystemer, hvor en kernerest af en stjerne, kaldet en hvid dværg, er på vej til at forsvinde ud af universet, mens dens følgesvend enten er en hovedsekvensstjerne med lav masse eller en rød kæmpe. Den hvide dværg begynder derefter at suge materiale af sin oppustede ledsager. Når det først ophober nok nyt stjernemateriale, den hvide dværg genantændes i periodiske udbrud, voldsomme nok til at skabe nye kemiske grundstoffer fra stjernebrændstoffet og spyde dem dybt ud i rummet, hvor de kan rejse til nye stjernesystemer og blive inkorporeret i deres råmaterialer.

Siden kort efter Big Bang, da universet kun bestod af brint, helium og spor af lithium, stjerneeksplosioner har bidraget til den kemiske berigelse af kosmos, resulterer i den overflod af elementer, vi ser i dag.

Ved at drage fordel af sofistikerede ion- og elektronmikroskopifaciliteter på UA's Lunar and Planetary Laboratory, et forskerhold ledet af Haenecour analyserede støvkornet i mikrobestørrelse ned til atomniveau. Den lille budbringer fra det ydre rum viste sig at være virkelig fremmed - stærkt beriget med en kulstofisotop kaldet 13C.

"De isotopiske kulstofsammensætninger i alt, hvad vi nogensinde har prøvet, og som kom fra en hvilken som helst planet eller krop i vores solsystem, varierer typisk med en faktor i størrelsesordenen 50, " sagde Haenecour, der til efteråret tiltræder Lunar and Planetary Laboratory som adjunkt. "Den 13C, vi fandt i LAP-149, er beriget mere end 50, 000 gange. Disse resultater giver yderligere laboratoriebevis for, at både kulstof- og iltrige korn fra novaer bidrog til byggestenene i vores solsystem."

Selvom deres forældrestjerner ikke længere eksisterer, de isotopiske og kemiske sammensætninger og mikrostrukturen af ​​individuelle stjernestøvkorn identificeret i meteoritter giver unikke begrænsninger for støvdannelse og termodynamiske forhold i stjernernes udstrømning, skrev forfatterne.

Detaljeret analyse afslørede endnu flere uventede hemmeligheder:I modsætning til lignende støvkorn, der menes at være blevet smedet i døende stjerner, LAP-149 er det første kendte korn bestående af grafit, der indeholder en iltrig silikatinklusion.

"Vores fund giver os et indblik i en proces, vi aldrig kunne være vidne til på Jorden, " tilføjede Haenecour. "Det fortæller os om, hvordan støvkorn dannes og bevæger sig rundt indeni, når de udstødes af novaen. Vi ved nu, at kulstof- og silikatstøvkorn kan dannes i den samme nova ejecta, og de bliver transporteret gennem kemisk adskilte støvklumper i udkastet, noget, der blev forudsagt af modeller af novaer, men aldrig fundet i et eksemplar."

Desværre, LAP-149 indeholder ikke nok atomer til at bestemme dens nøjagtige alder, så forskerne håber at finde lignende, større eksemplarer i fremtiden.

"Hvis vi kunne datere disse objekter en dag, vi kunne få en bedre idé om, hvordan vores galakse så ud i vores region, og hvad der udløste dannelsen af ​​solsystemet, " sagde Tom Zega, videnskabelig direktør for UA's Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility og lektor i Lunar and Planetary Laboratory og UA Department of Materials Science and Engineering. "Måske skylder vi vores eksistens til en nærliggende supernovaeksplosion, komprimerer skyer af gas og støv med sin chokbølge, antænde stjerner og skabe stjernegartnerier, svarende til det, vi ser i Hubbles berømte 'Skabelsens søjler'-billede."

Meteoritten, der indeholder stjernestøvpletten, er en af ​​de mest uberørte meteoritter i Lunar and Planetary Laboratorys samling. Klassificeret som en kulholdig kondrit, det menes at være analogt med materialet om Bennu, målasteroiden for den UA-ledede OSIRIS-REx-mission. Ved at tage en prøve af Bennu og bringe den tilbage til Jorden, OSIRIS-REx-missionsholdet håber at kunne forsyne videnskabsmænd med materiale, der ikke har set meget, hvis nogen, ændring siden dannelsen af ​​vores solsystem.

Indtil da, forskere er afhængige af sjældne fund som LAP-149, som overlevede at blive sprængt fra en eksploderende stjerne, fanget i en kollapsende sky af gas og støv, der ville blive vores solsystem og bagt ind i en asteroide, før den faldt til jorden.

"Det er bemærkelsesværdigt, når man tænker på alle de veje, der skulle have dræbt dette korn, " sagde Zega.