«Это одно из самых захватывающих исследований, над которыми я работал», – говорит Филипп Хек, куратор Полевого музея, доцент Чикагского университета и ведущий автор статьи с описанием результатов в Proceedings of the National Академия Наук. "Это самые старые из когда-либо найденных твердых материалов, и они рассказывают нам о том, как звезды образовывались в нашей галактике."
Материалы, исследованные Хеком и его коллегами, называются досолнечными зернами-минералами, образовавшимися до рождения Солнца. "Это надежные образцы звезд, настоящая звездная пыль", – говорит Хек. Эти частицы звездной пыли оказались в ловушке в метеоритах, где они оставались неизменными в течение миллиардов лет, что сделало их капсулами времени до появления Солнечной системы..
Но досолнечное зерно трудно достать. Они редки, встречаются только примерно в пяти процентах метеоритов, упавших на Землю, и они крошечные – сотня самых больших из них поместится в точку в конце этого предложения. Но в Полевом музее хранится самая большая часть метеорита Мерчисон, сокровищницы досолнечных зерен, упавших в Австралии в 1969 году и предоставленных науке людьми из Мерчисона, штат Виктория. Пресолнечные зерна для этого исследования были выделены из метеорита Мерчисон для этого исследования около 30 лет назад в Чикагском университете.
«Все начинается с измельчения фрагментов метеорита в порошок», – объясняет Дженника Грир, аспирантка Полевого музея и Чикагского университета и соавтор исследования. "Когда все кусочки разделены, получается своего рода паста, и у нее есть острый запах – она пахнет тухлым арахисовым маслом."
Эта «паста из гнилого арахисового масла и метеорита» была затем растворена кислотой, пока не остались только предсолнечные зерна. «Это как сжечь стог сена, чтобы найти иголку», – говорит Хек.
После выделения досолнечных зерен исследователи выяснили, из каких типов звезд они пришли и сколько им лет. «Мы использовали данные о возрасте экспозиции, которые в основном измеряют их воздействие космических лучей, которые представляют собой частицы высокой энергии, которые пролетают через нашу галактику и проникают в твердое вещество», – объясняет Хек. "Некоторые из этих космических лучей взаимодействуют с веществом и образуют новые элементы.
И чем дольше они подвергаются воздействию, тем больше формируются эти элементы.
"Я сравниваю это с тушением ведра во время ливня. Если предположить, что количество осадков постоянное, количество воды, которая накапливается в ведре, скажет вам, как долго оно находилось в открытом состоянии », – добавляет он.
Измеряя, сколько из этих новых элементов, производимых космическими лучами, присутствует в досолнечной зернистости, мы можем сказать, как долго она подвергалась воздействию космических лучей, что говорит нам, сколько ей лет.
Исследователи выяснили, что некоторые из досолнечных зерен в их образце были самыми старыми из когда-либо обнаруженных, исходя из того, сколько космических лучей они впитали, большинство зерен должно было быть 4.6 к 4.9 миллиардов лет, а некоторые зерна были даже старше 5 лет.5 миллиардов лет. Для контекста, наше Солнце 4 года.6 миллиардов лет, а Земле 4.5 миллиардов.
Но возраст досолнечных зерен не был концом открытия.
Поскольку пресолнечные зерна образуются при смерти звезды, они могут рассказать нам об истории звезд. А 7 миллиардов лет назад, очевидно, образовался огромный урожай новых звезд – своего рода астральный бэби-бум.
«У нас больше молодых зерен, чем мы ожидали», – говорит Хек. «Наша гипотеза состоит в том, что большинство тех зерен, которых 4.С 9 до 4.Возраст 6 миллиардов лет, образовался в результате усиленного звездообразования.
До появления Солнечной системы было время, когда образовывалось больше звезд, чем обычно."
Это открытие является боеприпасом в дебатах между учеными о том, формируются ли новые звезды с постоянной скоростью, или есть ли взлеты и падения числа новых звезд с течением времени. «Некоторые люди думают, что скорость звездообразования в галактике постоянна», – говорит Хек. "Но благодаря этим зернам у нас теперь есть прямые доказательства периода усиленного звездообразования в нашей галактике семь миллиардов лет назад с образцами метеоритов.
Это один из ключевых выводов нашего исследования."
Хек отмечает, что это не единственная неожиданность, которую обнаружила его команда.
В качестве почти побочного примечания к основным вопросам исследования, изучая способ взаимодействия минералов в зернах с космическими лучами, исследователи также узнали, что досолнечные зерна часто плавают в космосе, склеенные вместе большими скоплениями, «как мюсли», – говорит Хек. "Никто не думал, что это возможно в таком масштабе."
Хек и его коллеги с нетерпением ждут всех этих открытий, расширяющих наши знания о нашей галактике. "С помощью этого исследования мы напрямую определили продолжительность жизни звездной пыли.
Мы надеемся, что это будет принято и изучено, чтобы люди могли использовать это в качестве исходных данных для моделей всего галактического жизненного цикла », – говорит он.
Хек отмечает, что еще предстоит ответить на вопросы о досолнечных зернах и ранней Солнечной системе. «Я бы хотел, чтобы над ним работало больше людей, чтобы больше узнать о нашей родной галактике, Млечном Пути», – говорит он.
"Узнав об этом, как вы хотите изучать что-нибудь еще??"говорит Грир. "Это круто, это самое интересное в мире."
«Я всегда хотел заниматься астрономией с геологическими образцами, которые могу держать в руке», – говорит Хек. "Так интересно смотреть на историю нашей галактики. Звездная пыль – это самый древний материал, достигший Земли, и из нее мы можем узнать о наших родительских звездах, происхождении углерода в наших телах, происхождении кислорода, которым мы дышим.
С помощью звездной пыли мы можем проследить этот материал до времен до Солнца."
«Это лучшее, что может быть лучше, чем возможность взять образец прямо у звезды», – говорит Грир.
В этом исследовании участвовали исследователи из Полевого музея Чикагского университета, Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, Вашингтонского университета, Гарвардской медицинской школы, ETH Zurich и Австралийского национального университета.
Финансирование было предоставлено НАСА, Фондом TAWANI, Национальным научным фондом, Министерством энергетики, Швейцарским национальным научным фондом, Бразильским национальным советом по научному и технологическому развитию и Комитетом по финансированию науки и стипендий Полевого музея.