קרדיט תמונה: WUSTL
אן נג'ן בחרה בפרויקט מסוכן ללימודי התואר הראשון באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס. צוות אוניברסיטאי כבר חילץ 100,000 גרעינים ממטאוריט כדי לחפש סוג מסוים של סטרסטוסט? ללא הצלחה.
בשנת 2000, נגוין החליטה לנסות שוב. כ 59,000 גרעינים אחר כך, ההחלטה הבוטה שלה השתלמה. בגיליון המדע של המארס 5 במארס, מתארים נגוין והיועץ שלה, ארנסט ק. זינר, דוקטורנט, פרופסור למחקר לפיזיקה ומדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת, שניהם באומנויות ומדעים, תשעה כתמים של סטרסטוסט סיליקט? גרגרי סיליקט פרסולריים? מאחד המטאוריטים הפרימיטיביים ביותר הידועים.
"מציאת סיליקטים פרה-קוטביים במטאוריט מספרת לנו שמערכת השמש נוצרה מגז ואבק, שחלקם מעולם לא התחממו במיוחד, מאשר מערפילית סולארית לוהטת", אומר זינר. "ניתוח דגנים כאלה מספק מידע על המקורות הכוכבים שלהם, תהליכים גרעיניים בכוכבים, וההרכבים הפיזיים והכימיים של אטמוספרות הכוכבים."
בשנת 1987, זינר ועמיתיו באוניברסיטת וושינגטון וקבוצת מדענים מאוניברסיטת שיקגו מצאו את הכוכב הראשון במטאוריט. הדגנים הקדמיים האלה היו כתמים של יהלום וסיליקון קרביד. אף על פי שהתגלו מאז סוגים אחרים במטאוריטים, אף אחד מהם לא היה עשוי מסיליקט, תרכובת של סיליקון, חמצן ואלמנטים אחרים כמו מגנזיום וברזל.
"זו הייתה תעלומה לא קטנה מכיוון שאנו יודעים, מתוך ספקטרומים אסטרונומיים, שדגני סיליקט נראים כסוג השופע ביותר של תבואה עשירה בחמצן המיוצרת בכוכבים", אומר נג'ן. "אך עד כה גרגירי הסיליקט הטרום קוטביים בודדו רק מדגימות של חלקיקי אבק בין-כוכביים משביטים."
מערכת השמש שלנו נוצרה מענן של גז ואבק שהופצו לחלל על ידי התפוצצות ענקים אדומים וסופרנובות. חלק מאבק זה נוצר אסטרואידים, ומטאוריטים הם שברים שהוטלו אסטרואידים. מרבית החלקיקים במטאוריטים דומים זה לזה מכיוון שאבק מכוכבים שונים הפך הומוגניזציה בתופת שהתגבשה במערכת השמש. עם זאת, דגימות טהורות של כמה כוכבים נלכדו עמוק בתוך מטאוריטים מסוימים. ניתן לזהות את הדגנים העשירים בחמצן על ידי היחס שלהם יוצא דופן של איזוטופי חמצן.
נגוין, סטודנטית לתארים מתקדמים במדעי האדמה והפלנטה, ניתחה כ- 59,000 דגנים מאפר 094, מטאוריט שנמצא בסהרה בשנת 1990. היא הפרידה את הגרגרים במים במקום בכימיקלים קשים, העלולים להרוס סיליקטים. היא גם השתמשה בסוג חדש של בדיקת יונים בשם NanoSIMS (ספקטרומטר מסיבי יון משני), שיכול לפתור עצמים קטנים יותר ממיקרומטר (מיליון המטר).
זינר ופרנק סטדרמן, דוקטורנט, מדען מחקר בכיר במעבדה למדעי החלל באוניברסיטה, עזרו בעיצוב ובדיקת ה- NanoSIMS, המיוצר על ידי CAMECA בפריס. בעלות של שני מיליון דולר רכשה אוניברסיטת וושינגטון את הכלי הראשון בעולם בשנת 2001.
בדיקות יונים מכוונות קרן יונים על נקודה אחת במדגם. הקורה מפרקת חלק מהאטומים של הדגימה עצמה, וחלקם מיוננים. קרן היונים המשנית הזו נכנסת לספקטרומטר המוני שמוגדר לאתר איזוטופ מסוים. כך, בדיקות יונים יכולות לזהות גרגרים שיש להם חלק גבוה או נמוך במיוחד מהאותו איזוטופ.
בניגוד לבדיקות יונים אחרות, לעומת זאת, NanoSIMS יכול לאתר חמש איזוטופים שונים בו זמנית. הקורה יכולה גם לנסוע אוטומטית ממקום למקום, כך שניתן יהיה לנתח מאות או אלפי דגנים רבים במערך ניסוי אחד. "NanoSIMS היה חיוני לגילוי זה", אומר זינר. "גרגרי הסיליקט הפרסולריים האלה הם קטנים מאוד? רק שבריר של מיקרומטר. הרזולוציה המרחבית הגבוהה של המכשיר והרגישות הגבוהה איפשרו מדידות אלה. "
באמצעות קרן יוני צזיום ראשונית, מדד נג'ן בקפידה את הכמויות של שלוש איזוטופי חמצן? 16O, 17O ו- 18O? בכל אחת מהדגנים הרבים שהיא למדה. לתשעה גרגירים, בקטרים בין 0.1 ל 0.5 מיקרומטר, היו יחס איזוטופ חמצן יוצא דופן והועשרו מאוד בסיליקון. גרגרי הסיליקט הפרסולריים האלה נפלו לארבע קבוצות. חמש גרגירים הועשרו ב- 17O והתרוקנו מעט בשנת 18O, מה שמרמז על כך שהערבוב העמוק בכוכבי ענפי ענק ענקיים או אסימפטוטיים אחראים להרכב האיזוטופי החמצן שלהם.
גרגיר אחד התרוקן מאוד בשנת 18O ולכן כנראה נוצר בכוכב בעל מסה נמוכה כשחומר פני השטח ירד לאזורים חמים מספיק כדי לתמוך בתגובות גרעיניות. אחד אחר הועשר ב- 16O, האופייני לדגנים מכוכבים המכילים פחות יסודות כבדים יותר מהליום מאשר השמש שלנו. שני הדגנים האחרונים היו מועשרים בשני 17O וב- 18O וכך היו יכולים להגיע מסופרנובות או מכוכבים המועשרים יותר באלמנטים כבדים יותר מהליום לעומת השמש שלנו.
על ידי השגת ספקטרום רנטגן מפזר אנרגיה, קבעה נג'ן את ההרכב הכימי של שישה מהגרגרים הפרסולריים. נראה שיש שני זיתים ושני פירוקסן, המכילים בעיקר חמצן, מגנזיום, ברזל וסיליקון אך ביחס שונה. החמישי הוא סיליקט עשיר באלומיניום, והשישי מועשר בחמצן וברזל ויכול להיות זכוכית עם מתכת משובצת וסולפידים.
הנטייה הבולטת בדגנים עשירים בברזל מפתיעה, אומר נגן, מכיוון שהספקטרומים האסטרונומיים גילו דגנים עשירים יותר במגנזיום מאשר דגנים עתירי ברזל באטמוספרות סביב הכוכבים. "יכול להיות שברזל שולב בגרגרים האלה כשנוצרה מערכת השמש", היא מסבירה.
מידע מפורט זה על סטארסט הוכיח שאפשר לעשות מדעי חלל במעבדה, אומר זינר. "ניתוח הכתמים הקטנים הללו יכול לספק לנו מידע, כגון יחסים איזוטופיים מפורטים, שלא ניתן להשיג באמצעות הטכניקות המסורתיות של האסטרונומיה," הוא מוסיף.
נגוין מתכנן כעת לבדוק את יחסי האיזוטופים של הסיליקון והמגנזיום בתשעה הגרגרים. היא גם רוצה לנתח סוגים אחרים של מטאוריטים. "עפר 094 הוא אחד המטאוריטים הפרימיטיביים ביותר שנמצאו", היא אומרת. "אז היינו מצפים שיש בו את השפע הגדול ביותר של דגנים פרה-קוטביים. על ידי התבוננות במטאוריטים שעברו עיבוד רב יותר, אנו יכולים ללמוד יותר על האירועים שיכולים להרוס את הגרגירים האלה. "
המקור המקורי: מהדורת חדשות WUSTL
