Исследователи проследили путь пылинки через новорожденную солнечную систему

Для исследования команда разработала каркас нового типа, сочетающий квантовую механику и термодинамику, для моделирования условий, которым подвергалось зерно во время его формирования, когда Солнечная система представляла собой вращающийся диск из газа и пыли, известный как протопланетный. диск или солнечная туманность. Сравнение прогнозов модели с чрезвычайно подробным анализом химического состава и кристаллической структуры образца, а также модели того, как вещество переносилось в солнечной туманности, дало подсказки о путешествии зерна и условиях окружающей среды, которые сформировали его на этом пути.
Зерно, проанализированное в ходе исследования, является одним из нескольких включений, известных как включения, богатые кальцием и алюминием, или CAIs, обнаруженных в образце метеорита Альенде, упавшего над мексиканским штатом Чиуауа в 1969 году. CAIs представляют особый интерес, потому что они считаются одними из первых твердых тел, образовавшихся в Солнечной системе более чем на 4 человека.5 миллиардов лет назад.

Подобно тому, как штампы в паспорте рассказывают историю о путешествии путешественника и остановках по пути, микро- и атомные структуры образцов открывают запись истории их формирования, которая контролировалась коллективной средой, которой они подвергались.
«Насколько нам известно, наша статья – первая, в которой рассказывается история происхождения, которая предлагает ключи к разгадке вероятных процессов, которые произошли в масштабе астрономических расстояний с тем, что мы видим в нашем образце в масштабе атомных расстояний», – сказал Том Зега. , профессор лаборатории Луны и планет в Университете Аризоны и первый автор статьи, опубликованной в The Planetary Science Journal.

Зега и его команда проанализировали состав включений, внедренных в метеорит, с помощью передовых сканирующих просвечивающих электронных микроскопов с атомным разрешением – одного из лаборатории Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility, расположенного в UArizona, и аналогичного микроскопа, расположенного на заводе Hitachi в Хитачинаке, Япония.

Было обнаружено, что включения в основном состоят из минералов, известных как шпинель и перовскит, которые также встречаются в горных породах на Земле и изучаются в качестве материалов-кандидатов для таких приложений, как микроэлектроника и фотоэлектрическая энергия.
Подобные виды твердых тел встречаются в других типах метеоритов, известных как углеродистые хондриты, которые особенно интересны планетологам, поскольку, как известно, они являются остатками образования Солнечной системы и содержат органические молекулы, в том числе те, которые, возможно, послужили исходным материалом. для жизни.

Точный анализ пространственного расположения атомов позволил команде очень подробно изучить структуру лежащих в основе кристаллических структур. К удивлению команды, некоторые результаты расходились с текущими теориями о физических процессах, которые, как считается, активны внутри протопланетных дисков, что побудило их копать глубже.

«Наша проблема в том, что мы не знаем, какие химические пути привели к происхождению этих включений», – сказал Зега. "Природа – это наш лабораторный стакан, и этот эксперимент проводился за миллиарды лет до того, как мы существовали, в совершенно чужой среде."
Зега сказал, что команда намеревалась «реконструировать» состав внеземных образцов путем разработки новых моделей, имитирующих сложные химические процессы, которым образцы будут подвергаться внутри протопланетного диска.

«Такие модели требуют тесного сближения опыта, охватывающего области планетологии, материаловедения, минераловедения и микроскопии, что и было тем, что мы намеревались сделать», – добавил Кришна Муралидхаран, соавтор исследования и доцент университета Уаризоны. Департамент материаловедения и инженерии.

Основываясь на данных, которые авторы смогли извлечь из своих образцов, они пришли к выводу, что частица, сформировавшаяся в области протопланетного диска недалеко от того места, где сейчас находится Земля, затем совершила путешествие ближе к Солнцу, где она становилась все горячее. только для того, чтобы позже изменить курс и вымыть в более прохладных местах подальше от молодого солнца. В конце концов, он превратился в астероид, который позже распался на части. Некоторые из этих частей были захвачены земной гравитацией и упали в виде метеоритов.
Образцы для этого исследования были взяты изнутри метеорита и считаются примитивными, другими словами, не подверженными влиянию окружающей среды.

Считается, что такой примитивный материал не претерпел каких-либо значительных изменений с момента образования более 4.5 миллиардов лет назад, что редко. Еще неизвестно, встречаются ли подобные объекты на астероиде Бенну, образцы которого будут возвращены на Землю миссией OSIRIS-REx под руководством УАризоны в 2023 году.

А пока ученые полагаются на образцы, которые падают на Землю через метеориты.
"Этот материал – наша единственная запись того, что произошло 4.567 миллиардов лет назад в солнечной туманности ", – сказал Венкат Манга, соавтор статьи и доцент кафедры материаловедения и инженерии УАризоны. "Возможность взглянуть на микроструктуру нашего образца в разных масштабах, вплоть до длины отдельных атомов, – все равно что открыть книгу."

Авторы заявили, что подобные исследования могут приблизить ученых-планетологов к «великой модели образования планет» – подробному пониманию материала, движущегося вокруг диска, из чего он состоит и как порождает солнце и планеты.
По словам Зега, мощные радиотелескопы, такие как Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, или ALMA, в Чили, теперь позволяют астрономам видеть звездные системы по мере их развития.
«Возможно, в какой-то момент мы сможем вглядываться в развивающиеся диски, а затем действительно сможем сравнить наши данные по дисциплинам и начать отвечать на некоторые из этих действительно важных вопросов», – сказал Зега. "Эти частицы пыли образуются там, где, как мы думаем, они образовались в нашей солнечной системе?? Они общие для всех звездных систем??

Стоит ли ожидать того, что мы видим в нашей Солнечной системе – каменистые планеты рядом с центральной звездой и газовые гиганты дальше – во всех системах??
«Это действительно интересное время для ученого, когда эти области развиваются так быстро», – добавил он. "И здорово быть в учреждении, где исследователи могут налаживать междисциплинарное сотрудничество между ведущими факультетами астрономии, планетологии и материаловедения в одном университете."

OKA-MOS.RU