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 stosunkach izotopowych substancji lotnych jest wyzwaniem – po prostu nie pozostają one w gorących warunkach formowania się gwiazd wystarczająco długo, aby zachować łatwy do odczytania zapis.

„Jednak 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).

Carnegie Institution for Science (carnegiescience.edu) to prywatna organizacja non-profit z siedzibą w Waszyngtonie, z trzema oddziałami badawczymi na obu wybrzeżach. Od momentu powstania w 1902 roku Carnegie Institution jest pionierem w podstawowych badaniach naukowych. Naukowcy Carnegie są liderami w naukach o życiu i środowisku, naukach o Ziemi i planetach oraz astronomii i astrofizyce.

Meteoryty odziedziczyły anomalie nukleosyntezy potasu-40 wytwarzanego w supernowych, Nauka

Astrobiologia, Astrochemia