Układ Słoneczny powstał ze „źle wymieszanego ciasta”, jak pokazują badania izotopowe

Układ Słoneczny powstał ze „źle wymieszanego ciasta”, jak pokazują badania izotopowe

Ziemski potas przywieziony przez usługę dostarczania meteorytów znajduje nowe badania prowadzone przez Nicole Nie i Da Wanga z Carnegie. Ich praca, opublikowana w Science, pokazuje, że niektóre prymitywne meteoryty zawierają inną mieszankę izotopów potasu niż te znalezione w innych, bardziej przetworzonych chemicznie meteorytach. Wyniki te mogą pomóc w wyjaśnieniu procesów, które ukształtowały nasz Układ Słoneczny i zdeterminowały skład jego planet.

„Ekstremalne warunki panujące we wnętrzach gwiazd umożliwiają gwiazdom wytwarzanie pierwiastków za pomocą syntezy jądrowej” — wyjaśnił Nie, były postdoc Carnegie, obecnie w Caltech. „Każda generacja gwiazd zasiewa surowiec, z którego rodzą się kolejne pokolenia i możemy prześledzić historię tego materiału na przestrzeni czasu”.

Część materii wytwarzanej we wnętrzach gwiazd może zostać wyrzucona w przestrzeń kosmiczną, gdzie gromadzi się jako chmura gazu i pyłu. Ponad 4,5 miliarda lat temu jedna taka chmura zapadła się i utworzyła nasze Słońce.

Pozostałości tego procesu utworzyły obracający się dysk wokół nowonarodzonej gwiazdy. Ostatecznie planety i inne obiekty Układu Słonecznego połączyły się z tymi pozostałościami, w tym ciała macierzyste, które później rozpadły się, by stać się asteroidami i meteorytami.

„Badając zmiany w zapisie izotopowym zachowanym w meteorytach, możemy prześledzić materiały źródłowe, z których powstały, i zbudować geochemiczną oś czasu ewolucji naszego Układu Słonecznego” – dodał Wang, który jest obecnie na Uniwersytecie Technologicznym w Chengdu.

Każdy pierwiastek zawiera niepowtarzalną liczbę protonów, ale jego izotopy mają różną liczbę neutronów. Rozmieszczenie różnych izotopów tego samego pierwiastka w Układzie Słonecznym jest odzwierciedleniem składu chmury materii, z której narodziło się Słońce. Wiele gwiazd przyczyniło się do powstania tak zwanego słonecznego obłoku molekularnego, ale ich udział nie był jednorodny, co można określić, badając zawartość izotopów meteorytów.

Wang i Nie – wraz z kolegami z Carnegie, Anatem Shaharem, Zacharym Torrano, Richardem Carlsonem i Conelem Alexandrem – zmierzyli proporcje trzech izotopów potasu w próbkach z 32 różnych meteorytów.

Potas jest szczególnie interesujący, ponieważ jest tak zwanym pierwiastkiem umiarkowanie lotnym, którego nazwa pochodzi od stosunkowo niskich temperatur wrzenia, które powodują, że dość łatwo odparowują. W rezultacie poszukiwanie wzorców poprzedzających Słońce w proporcjach izotopowych substancji lotnych jest wyzwaniem – po prostu nie pozostają one w gorących warunkach formowania się gwiazd wystarczająco długo, aby zachować łatwy do odczytania zapis.

„Jednakże, używając bardzo czułych i odpowiednich instrumentów, znaleźliśmy wzorce w rozmieszczeniu naszych izotopów potasu, które zostały odziedziczone po materiałach przedsłonecznych i różniły się w zależności od rodzaju meteorytów” – powiedział Nie.

Odkryli, że niektóre z najbardziej prymitywnych meteorytów zwanych chondrytami węglowymi, które powstały w zewnętrznych częściach Układu Słonecznego, zawierały więcej izotopów potasu, które powstały w wyniku ogromnych wybuchów gwiazd, zwanych supernowymi. Podczas gdy inne meteoryty – te, które najczęściej rozbijają się o Ziemię, zwane chondrytami niewęglowymi – zawierają takie same proporcje izotopów potasu, jakie obserwuje się na naszej macierzystej planecie i gdzie indziej w wewnętrznym Układzie Słonecznym.

„To mówi nam, że podobnie jak w przypadku źle wymieszanego ciasta na ciasto, nie było równomiernego rozkładu materiałów między zewnętrznymi krańcami Układu Słonecznego, gdzie powstały węglowe chondryty, a wewnętrznym Układem Słonecznym, w którym żyjemy” – podsumował Shahar.

Przez lata Carnegie Earth i planetolodzy pracowali nad ujawnieniem pochodzenia lotnych pierwiastków na Ziemi. Niektóre z tych pierwiastków mogły zostać przetransportowane tutaj aż z zewnętrznych części Układu Słonecznego na grzbiecie węglistych chondrytów. Ponieważ jednak wzór przedsłonecznych izotopów potasu znalezionych w niewęglowych chondrytach był zgodny z obserwowanym na Ziemi, te meteoryty są prawdopodobnym źródłem potasu na naszej planecie.

„Dopiero niedawno naukowcy zakwestionowali dawne przekonanie, że warunki panujące w mgławicy słonecznej, która zrodziła nasze Słońce, były wystarczająco gorące, aby spalić wszystkie lotne pierwiastki” – dodał Shahar. „Badania te dostarczają nowych dowodów na to, że substancje lotne mogą przetrwać formowanie się Słońca”.

Potrzebne są dalsze badania, aby zastosować tę nową wiedzę w naszych modelach formowania się planet i sprawdzić, czy koryguje ona wszelkie długo utrzymywane przekonania na temat powstania Ziemi i jej sąsiadów.

Ta praca była wspierana przez stypendium NASA NESSF, stypendia podoktoranckie Carnegie oraz grant na nasiona Carnegie Postdoc × Postdoc (P2).

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]
science