حقوق الصورة: WUSTL
اختارت آن نغوين مشروعًا محفوفًا بالمخاطر لدراساتها العليا في جامعة واشنطن في سانت لويس. قام فريق جامعي بالفعل بفرز 100000 حبة من نيزك للبحث عن نوع معين من النجوم؟ بدون نجاح.
في عام 2000 ، قرر نجوين المحاولة مرة أخرى. بعد حوالي 59000 حبة ، جاء قرارها الشجاع يؤتي ثماره. في عدد 5 مارس من مجلة العلوم ، وصفت نجوين ومستشارها ، إرنست ك.زينر ، دكتوراه ، أستاذ الأبحاث في الفيزياء وعلوم الأرض والكواكب ، في كل من الآداب والعلوم ، تسع بقع من غبار السيليكات؟ حبيبات سيليكات قبلية؟ من أكثر النيازك البدائية المعروفة.
يقول زينر: "يخبرنا العثور على السيليكات قبل الأوان في نيزك أن النظام الشمسي يتكون من الغاز والغبار ، وبعضها لم يسخن أبدًا ، بدلاً من سديم شمسي ساخن". "إن تحليل هذه الحبوب يوفر معلومات حول مصادرها النجمية ، والعمليات النووية في النجوم ، والتركيبات الفيزيائية والكيميائية للأجواء النجمية."
في عام 1987 ، وجد زينر وزملاؤه في جامعة واشنطن ومجموعة من العلماء في جامعة شيكاغو أول غبار في نيزك. كانت هذه الحبوب قبل بقع من الماس وكربيد السيليكون. على الرغم من اكتشاف أنواع أخرى منذ ذلك الحين في النيازك ، لم يتم صنع أي منها من سيليكات ، مركب من السيليكون والأكسجين وعناصر أخرى مثل المغنيسيوم والحديد.
يقول نغوين: "كان هذا لغزًا كبيرًا لأننا نعلم ، من الأطياف الفلكية ، أن حبوب السيليكات تبدو أكثر أنواع الحبوب الغنية بالأكسجين وفرة في النجوم". "ولكن حتى الآن ، تم عزل حبيبات سيليكات ما قبل الولادة فقط من عينات من جزيئات الغبار الكواكب من المذنبات".
يتكون نظامنا الشمسي من سحابة من الغاز والغبار التي انبعثت في الفضاء عن طريق انفجار عمالقة حمراء ومستعرات أعظمية. تشكل بعض هذا الغبار الكويكبات ، والنيازك هي شظايا أزيلت من الكويكبات. تتشابه معظم الجسيمات في النيازك مع بعضها البعض لأن الغبار من النجوم المختلفة أصبح متجانسًا في الجحيم الذي شكل النظام الشمسي. ومع ذلك ، أصبحت عينات نقية من بعض النجوم محاصرة في أعماق بعض النيازك. يمكن التعرف على تلك الحبوب الغنية بالأكسجين من خلال نسبها غير العادية من نظائر الأكسجين.
نجوين ، طالبة دراسات عليا في علوم الأرض والكواكب ، حللت حوالي 59000 حبة من Acfer 094 ، نيزك تم العثور عليه في الصحراء في عام 1990. فصلت الحبوب في الماء بدلاً من المواد الكيميائية القاسية ، والتي يمكن أن تدمر السيليكات. كما استخدمت نوعًا جديدًا من مسبار الأيونات يسمى NanoSIMS (مطياف الكتلة الأيونية الثانوية) ، والذي يمكن أن يحل الأجسام الأصغر من ميكرومتر (مليون من المتر).
ساعد زينر وفرانك ستادرمان ، دكتوراه ، كبير الباحثين في مختبر علوم الفضاء في الجامعة ، في تصميم واختبار NanoSIMS ، الذي تصنعه CAMECA في باريس. بتكلفة 2 مليون دولار ، حصلت جامعة واشنطن على أول أداة في العالم في عام 2001.
يقوم المسبار الأيوني بتوجيه شعاع من الأيونات إلى بقعة واحدة في العينة. يزيح الشعاع بعض ذرات العينة ، ويصبح بعضها مؤينًا. تدخل هذه الحزمة الثانوية من الأيونات مطيافًا جماعيًا تم تعيينه لاكتشاف نظير معين. وهكذا ، تستطيع مجسات الأيون تحديد الحبوب التي تحتوي على نسبة عالية أو منخفضة بشكل غير عادي من هذا النظير.
على عكس المسابر الأيونية الأخرى ، يمكن أن تكتشف NanoSIMS خمسة نظائر مختلفة في وقت واحد. يمكن للحزمة أيضًا الانتقال تلقائيًا من مكان إلى آخر بحيث يمكن تحليل مئات أو آلاف الحبوب في إعداد تجريبي واحد. يقول زينر: "كانت تقنية NanoSIMS ضرورية لهذا الاكتشاف". "هذه الحبوب سيليكات ما قبل الضلع صغيرة جدا؟ فقط جزء صغير من ميكرومتر. جعلت الدقة المكانية العالية للأداة وحساسيتها العالية هذه القياسات ممكنة ".
باستخدام حزمة أولية من أيونات السيزيوم ، قام نجوين بقياس كميات ثلاث نظائر الأكسجين بشق الأنفس؟ 16 درجة و 17 درجة و 18 درجة؟ في كل من الحبوب العديدة التي درستها. تحتوي تسعة حبات ، بأقطار تتراوح من 0.1 إلى 0.5 ميكرومتر ، على نسب نظيرية غير عادية للأكسجين وكانت غنية للغاية بالسيليكون. سقطت هذه الحبوب سيليكات قبل إلى أربع مجموعات. تم إثراء خمس حبات في 17 درجة مئوية واستنزفت قليلاً في 18 درجة مئوية ، مما يشير إلى أن الاختلاط العميق في النجوم الفرعونية العملاقة الحمراء أو العملاقة المقربة كان مسؤولًا عن تركيبات نظائر الأكسجين الخاصة بها.
تم استنفاد حبة واحدة جدًا في 18 درجة مئوية ، وبالتالي تم إنتاجها على الأرجح في نجم منخفض الكتلة عندما نزلت المواد السطحية إلى مناطق ساخنة بما يكفي لدعم التفاعلات النووية. تم إثراء عنصر آخر في 16O ، وهو نموذجي لحبوب النجوم التي تحتوي على عناصر أقل أثقل من الهيليوم من الشمس. تم إثراء الحبيبتين الأخيرتين في كل من 17 درجة و 18 درجة ، وبالتالي يمكن أن تأتي من النجوم المتفجرة أو النجوم الأكثر ثراءً في العناصر الأثقل من الهيليوم مقارنة بشمسنا.
من خلال الحصول على أطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة ، حدد نجوين التركيب الكيميائي المحتمل لستة من الحبوب قبل الضخمة. يبدو أن هناك زيتون أوليفين واثنين من البيروكسينات ، والتي تحتوي في الغالب على الأكسجين والمغنيسيوم والحديد والسيليكون ولكن بنسب مختلفة. والخامس هو سيليكات غنية بالألمنيوم ، والسادس غني بالأكسجين والحديد ويمكن أن يكون زجاجًا يحتوي على معدن وكبريتيدات.
يقول نجوين إن كثرة الحبوب الغنية بالحديد مثيرة للدهشة ، لأن الأطياف الفلكية اكتشفت حبيبات غنية بالمغنيسيوم أكثر من الحبوب الغنية بالحديد في الأجواء المحيطة بالنجوم. تشرح قائلة: "يمكن أن يكون الحديد قد تم دمجه في هذه الحبوب عندما يتم تشكيل النظام الشمسي".
تقول زينر إن هذه المعلومات التفصيلية عن ستاردست تثبت أنه يمكن القيام بعلوم الفضاء في المختبر. ويضيف: "يمكن أن يعطينا تحليل هذه البقع الصغيرة معلومات ، مثل النسب النظائرية التفصيلية ، التي لا يمكن الحصول عليها من خلال التقنيات التقليدية لعلم الفلك".
يخطط نجوين الآن للنظر في نسب نظائر السيليكون والمغنيسيوم في الحبوب التسع. كما تريد تحليل أنواع أخرى من النيازك. وتقول: "Acfer 094 هي واحدة من أكثر النيازك البدائية التي تم العثور عليها". "لذا نتوقع أن يكون لديها أكبر وفرة من الحبوب قبل الضرب. من خلال النظر إلى النيازك التي خضعت لمزيد من المعالجة ، يمكننا معرفة المزيد عن الأحداث التي يمكن أن تدمر تلك الحبوب ".
المصدر الأصلي: بيان صحفي WUSTL
