Írta: Rezes Dániel
Lifetimes of interstellar dust from cosmic ray exposure ages of presolar silicon carbide
(Heck et al., 2020)
Az amerikai, svájci és ausztrál kutatók társszerzőségével készült tanulmányban a Murchison CM2 típusú szenes kondritból kinyert preszoláris (Naprendszer keletkezése előtti) szilícium-karbid (SiC) szemcséket vizsgáltak, melyek a legidősebb datálható és elérhető szilárd anyagok. Felbecsülhetetlen értékű betekintést engednek galaxisunk preszoláris kronológiájába.
Habár a csillagközi por csupán ~1%-át teszi ki a csillagközi anyag tömegének, mégis fontos, mivel a héliumnál nehezebb elemek nagy hányadát hordozza, beleértve a Föld-típusú bolygókat felépítő és az élet számára nélkülözhetetlen elemeket. A csillagközi por fontos összetevője galaxisunknak, mivel hatást gyakorol a csillagkeletkezés folyamatára, valamint a galaxis termális és kémiai fejlődésére. Korának meghatározása közvetlenül asztronómiai módszerekkel nem lehetséges, valamint a jelenlegi analitikai korlátok és ismeretlen kiindulási izotópösszetételek a hosszú felezési idejű radioaktív nuklidok fogyására alapozott korolást sem teszik lehetővé. Asztronómiai spektroszkópiai megfigyelésekkel hozzájuthatunk a csillagközi por összetételi, szerkezeti és méretre vonatkozó információihoz. Ezzel szemben a csillagközi por életidejének becslése jórészt kifinomult teoretikus modellekre támaszkodik. Ezek a modellek azonban a gyakori, kis méretű porszemcsékre fókuszálnak és nagy bizonytalanságú feltételezésekre alapulnak.
A kutatócsoport a Murchison meteoritból kinyert nagy méretű szemcséket vizsgálta, mivel ezek a szemcsék a meteorit anyagában érintetlenül maradhattak, megmenekülve a termális metamorfózis, vizes átalakítás, valamint az aprózódás és kopás pusztító hatásaitól. Ezeken a szemcséken mérték azokat a galaktikus kozmikus sugárzás (többnyire nagyenergiájú protonok és α-részecskék) által termelt Ne-izotópokat, melyekből később koradatokat számoltak. Jelenleg ez a korolási módszer tűnik a legpontosabbnak ezekre az anyagokra. A SiC szemcsék testhezálló csillagközi ásványfázis a kozmogén nuklidokkal történő datálásra relatíve nagy szemcsemérete, kozmogén nuklid visszatartó ereje és ellenállósága következtében. A nagy méretű SiC szemcsék nagyon ritkák, számuk kevesebb, mint 10 ppm (parts per million) a Murchison meteorit SiC populációján belül. A szemcséket preszolárisnak azonosították a számottevő izotópanomáliáik alapján, melyek kizárják a naprendszerbeli eredetüket.
A szemcsék szeparációját a meteoritból úgynevezett „LS+LU” technikával végezték, majd a kinyert anyagot áthelyezték egy tiszta aranyfóliára mikromanipulátor segítségével. Végül kvarclemez használatával a fóliába préselték a szemcséket. Ezután a mintákat pásztázó elektronmikroszkópi (SEM/EDS), nanoléptékű szekunder ion tömegspektroszkópiai (NanoSIMS), illetve nemesgáz tömegspektroszkópiai (NGMS) vizsgálatoknak vetették alá. A SEM módszert a szemcsék azonosítására, a NanoSIMS módszert a szemcsék Li, C, N és Si szerinti osztályozására, míg az NGMS módszert a He és Ne izotópjainak mérésére használták.
A mérések elvégzése után 27 SiC szemcse nemesgáz adatai álltak rendelkezésre, valamint újra feldolgoztak 22 korábban publikált adatot. A 21Ne korok terjedelme 3,9±1,6 Ma (millió év) és ~3±2 Ga (milliárd év) közé esik a Naprendszer keletkezése (~4,6 Ga) előtti időszakból. A koradatok felső tartományában találjuk meg a jelen ismereteink szerint legidősebbnek megállapított anyagot, mely több, mint 7 milliárd éves. A legtöbb szemcse intersztelláris életideje <300 Ma, mely rövidebb, mint az ideálisnak becsült érték nagy szemcsék esetében. Ezek a szemcsék <4,9 Ga előtt kondenzálódhattak az aszimptotikus óriáság csillagainak (AGB csillagok) anyagkiáramlásaiból, amelyek valószínűleg ~7 milliárd éve alakulhattak ki egy felgyorsult csillagkeletkezési időszak során. A szemcsék kisebb részének >1 Ga a kora. Ez a hosszabb életidő a nagyobb szemcsék esetében elvárt volt. A vizsgált szemcsék közül legalább 12 minta aggregátumok része volt a csillagközi térben. A 3He és 21Ne kozmikus sugárzás által létrejött hasadási termékeinek veszteségének (nuclear recoil loss) meghatározása lehetővé tette a besugárzott, csillagközi térben jelen lévő objektumok eredeti méretének megbecslését. Ebből kiderült, hogy vizsgált szemcsék ~30-szor nagyobb méretűek lehettek eredeti állapotukban.
A jelenleg használt elméletek és modellek számos bizonytalansággal terheltek, azonban a manapság használt módszerek közül még mindig a kozmogén, 21-es tömegszámú neon stabilizotóppal történő kormeghatározási módszer a legcélravezetőbb, feltárja előttünk a Naprendszer keletkezési ideje előtt végbement csillagkeletkezési eseményeket és a csillagközi por életében lejátszódott változásokat (Heck et al., 2020).
Preszoláris SiC morfológia. Pásztázó elektronmikroszkópi (SEM-SE) képek a vizsgált preszoláris SiC szemcsék két morfológiai típusának reprezentatív mintáiról. Az L3_01 szemcse sajátalakú (euhedrális), mely jelzi, hogy a szemcse elkerülte az aprózódást: (A) aranyfóliába nyomás előtt és (B) aranyfóliába nyomás, NanoSIMS és SHRIMP vizsgálatok után, de nemesgáz lézeres kinyerése előtt. Az L3_20 szemcsének szilánkra hasonlító megjelenése van és törései: (C) arany szubsztrátumba nyomás előtt és (D) arany szubsztrátumba nyomás után, darabokra törve (Heck et al., 2020).
forrás:
Heck, P. R., Greer, J., Kööp, L., Trappitsch, R., Gyngard, F., Busemann, H., … & Wieler, R. (2020). Lifetimes of interstellar dust from cosmic ray exposure ages of presolar silicon carbide. Proceedings of the National Academy of Sciences. doi: 10.1073/pnas.1904573117