Internationalt hold udvikler ny metode til at bestemme oprindelsen af ​​stjernestøv i meteoritter

Analyse af meteoritindhold har været afgørende for at fremme vores viden om vores solsystems oprindelse og udvikling. Nogle meteoritter indeholder også korn af stjernestøv. Disse korn går forud for dannelsen af ​​vores solsystem og giver nu vigtig indsigt i, hvordan elementerne i universet blev dannet.

Arbejder i samarbejde med et internationalt team, kernefysikere ved U.S. Department of Energy's (DOE's) Argonne National Laboratory har gjort en nøgleopdagelse relateret til analysen af ​​"presolare korn" fundet i nogle meteoritter. Denne opdagelse har kastet lys over arten af ​​stjerneeksplosioner og oprindelsen af ​​kemiske grundstoffer. Det har også givet en ny metode til astronomisk forskning.

"Små præsolar korn, omkring en mikron i størrelse, er rester fra stjerneeksplosioner i en fjern fortid, længe før vores solsystem eksisterede, " sagde Dariusz Seweryniak, eksperimentel kernefysiker i Argonnes fysikafdeling. Stjerneaffaldene fra eksplosionerne blev til sidst kilet fast i meteoritter, der styrtede ned i Jorden.

De store stjerneeksplosioner er af to typer. En kaldet en "nova" involverer et binært stjernesystem, hvor en hovedstjerne kredser om en hvid dværgstjerne, en ekstremt tæt stjerne, der kan være på størrelse med Jorden, men som har vores sols masse. Stof fra hovedstjernen bliver konstant trukket væk af den hvide dværg på grund af dens intense gravitationsfelt. Dette aflejrede materiale initierer en termonuklear eksplosion hver 1. 000 til 100, 000 år, og den hvide dværg skubber hvad der svarer til massen af ​​mere end tredive Jorder ud i det interstellare rum. I en "supernova, "En enkelt kollapsende stjerne eksploderer og skubber det meste af sin masse ud.

Nova og supernova er kilderne til de hyppigste og mest voldsomme stjerneudbrud i vores galakse, og af den grund, de har været genstand for intense astronomiske undersøgelser i årtier. Man har lært meget af dem, for eksempel, om oprindelsen af ​​de tungere grundstoffer.

"En ny måde at studere disse fænomener på er at analysere den kemiske og isotopiske sammensætning af de præsolare korn i meteoritter, " forklarede Seweryniak. "Af særlig betydning for vores forskning er en specifik nuklear reaktion, der forekommer i nova og supernova - protonfangst på en isotop af klor - som vi kun indirekte kan studere i laboratoriet."

Ved at udføre deres forskning, holdet var banebrydende for en ny tilgang til astrofysisk forskning. Det indebærer brug af Gamma-Ray Energy Tracking In-beam Array (GRETINA) koblet til Fragment Mass Analyzer ved Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS), en DOE Office of Science brugerfacilitet for nuklear fysik. GRETINA er et state-of-the-art detektionssystem, der er i stand til at spore vejen for gammastråler, der udsendes fra nukleare reaktioner. Det er et af kun to sådanne systemer i verden.

Brug af GRETINA, holdet afsluttede den første detaljerede gammastrålespektroskopiundersøgelse af en astronomisk vigtig kerne af en isotop, argon-34. Ud fra data, de beregnede den nukleare reaktionshastighed, der involverede protonfangst på en klor-isotop (chlor-33).

"På tur, vi var i stand til at beregne forholdet mellem forskellige svovlisotoper produceret i stjerneeksplosioner, som vil give astrofysikere mulighed for at bestemme, om et bestemt præsolar korn er af nova- eller supernova-oprindelse, " sagde Seweryniak. Holdet anvendte også deres erhvervede data for at få en dybere forståelse af syntesen af ​​elementer i stjerneeksplosioner.

Holdet planlægger at fortsætte deres forskning med GRETINA som en del af en verdensomspændende indsats for at opnå en omfattende forståelse af nukleosyntese af grundstofferne i stjerneeksplosioner.