Znanstvenici su otkrili novu vrstu zvjezdane prašine čiji sastav ukazuje na to da je nastala tijekom rijetkog oblika nukleosinteze – procesa kojim se stvaraju nove atomske jezgre.
Ova vrsta kozmičke prašine mogla bi baciti novo svjetlo na porijeklo vode na Zemlji.
Stroncij-84
Tim koji su vodili svemirski kemičari s Caltecha i Sveučilišta Victoria iz Wellingtona na Novom Zelandu, proučavao je drevne agregate minerala unutar meteora Allende (koji je pao na Zemlju 1969. godine) te utvrdio da mnogi od njih imaju neobično velike količine stroncija-84, relativno rijetkog svjetlosnog izotopa elementa stroncij koji je tako nazvan zbog 84 neutrona u svojoj jezgri.
“Stroncij-84 dio je obitelji izotopa proizvedenih nukleosintetičkim postupkom, nazvanim p-proces, koji zasad ostaje misterijem”, kaže Caltechov François L. H. Tissot, docent geokemije. “Naši rezultati ukazuju na preživljavanje zrnaca koja možda sadrže čisti stroncij-84. To je uzbudljivo, jer bi fizička identifikacija takvih zrnaca pružila jedinstvenu priliku da saznamo više o p-procesu.”
Tissot i suradnik Bruce L. A. Charlier sa Sveučilišta Victoria u Wellingtonu vodeći su autori studije koja je objavljena u Science Advances 9. srpnja 2021.
Recept za planete
“Ovo je stvarno zanimljivo”, kaže Charlier. “Želimo znati kakva je priroda ovog materijala i kako se uklapa u mješavinu sastojaka koji su stvorili recept za planete.”
Stroncij (atomski simbol: Sr), kemijski reaktivni metal, ima četiri stabilna izotopa: stroncij-84 i njegove teže rođake koji u jezgri imaju 86, 87 ili 88 neutrona. Znanstvenici su otkrili da je stroncij koristan pri datiranju objekata iz ranog Sunčevog sustava jer jedan od njegovih teških izotopa, stroncij-87, nastaje raspadanjem radioaktivnog izotopa rubidija-87 (atomski simbol: Rb).
Rubidij-87 ima vrlo dug poluživot -49 milijardi godina, što je preko tri puta duže od starosti svemira. Poluvrijeme predstavlja količinu vremena potrebnog da se radioaktivnost izotopa spusti na polovicu svoje izvorne vrijednosti, omogućujući tim izotopima da posluže kao sat za datiranje uzoraka na različitim vremenskim ljestvicama. Najpoznatiji radioaktivni izotop koji se koristi za datiranje je ugljik-14, radioaktivni izotop ugljika; sa svojim poluživotom od otprilike 5 700 godina, ugljik-14 može se koristiti za određivanje starosti organskih materijala (koji sadrže ugljik) na vremenskim skalama do 60 000 godina. Suprotno tome, Rubidij-87 se može koristiti za datiranje najstarijih objekata u svemiru, kao i objekata u Sunčevom sustavu.
Podrijetlo vode na Zemlji
Ono što je posebno atraktivno u korištenju para Rb-Sr za datiranje jest da je rubidij hlapivi element – to jest, ima tendenciju isparavanja čak i na relativno niskim temperaturama – dok stroncij naprotiv nije hlapljiv. Kao takav, rubidij je prisutan u većem udjelu u objektima Sunčevog sustava koji su bogati drugim hlapljivim tvarima (poput vode) jer su nastali na nižim temperaturama.
Unatoč tome, Zemlja ima odnos Rb / Sr koji je 10 puta niži od meteorita bogatih vodom što implicira da je planet ili nastao iz materijala siromašnih vodom (a time i siromašnih rubidijem) ili se akumulirao iz materijala bogatih vodom, ali je vremenom izgubio veći dio vode, kao i rubidija. Odgovor na pitanje koji se od ovih scenarija dogodio važno je za razumijevanje podrijetla vode na Zemlji.
Dva scenarija
U teoriji, Rb-Sr ‘sat’ daje odgovor na pitanje koji je od ta dva scenarija točan jer količina Sr-87 proizvedena radioaktivnim raspadanjem u određenom vremenskom razdoblju neće biti ista ako je Zemlja započela s puno odnosno s malo rubidija.
U potonjem scenariju, tj. S manje rubidija, novonastala Zemlja bila bi siromašna hlapljivim sastojcima poput vode, pa bi količina Sr-87 u zemlji i hlapljivim siromašnim meteoritima bila slična onoj uočenoj u najstarijim ‘komadima’ Sunčevog sustava, takozvane CAI (calcium and aluminum-rich inclusions hrv. nakupine bogate kalcijem i aluminijem).
CAI su nakupine bogate kalcijem i aluminijem koje se nalaze u određenim meteoritima. Stare su oko 4,6 milijardi godina i predstavljaju prve objekte koji su se zgusnuli u ranoj Sunčevoj maglici – spljoštenom, rotirajućem disku plina i prašine iz kojeg je rođen Sunčev sustav. Kao takvi, CAI-ovi nude geološki uvid u to kako i od koje je vrste zvjezdanih materijala nastao Sunčev sustav.
“Oni su ključni svjedoci procesa koji su se odvijali prilikom formiranja Sunčevog sustava”, kaže Tissot.
Enigma CAI-ova
Međutim, sastav CAI već dugo zbunjuje znanstvenike pri utvrđivanju je li Zemlja nastala na ‘suho’ ili ne. To je zato što CAI, za razliku od ostalih materijala Sunčevog sustava, imaju anomalijski omjer četiri izotopa stroncija, s malo povišenim udjelom stroncija-84. Stoga predstavljaju izazov za valjanost sustava datiranja rubidij-stroncij. Postavlja se ključno pitanje: Zašto se razlikuju?
Da bi saznali više, Tissot i Charlier uzeli su devet primjeraka takozvanih sitnozrnatih CAI-ova. Sitnozrnati CAI sačuvali su teksturu kondenzata (odnosno snježne pahuljice), što svjedoči o njihovoj netaknutoj prirodi.
Tim je pažljivo i postupno kupao CAI-ove u sve oštrijim kiselinama kako bi se uklonili kemijski reaktivniji minerali (i stroncij koji sadrže), ostavljajući koncentrat samo najotpornije frakcije. Konačni uzorak sadržavao je gotovo čisti Sr-84, dok se tipični uzorak sastoji od 0,56 posto Sr-84.
https://kozmos.hr/tajanstveni-mineral-za-koji-se-mislilo-da-postoji-samo-u-meteoritima-prvi-put-pronaden-na-zemlji/
“Postupno ispiranje pomalo je tup instrument jer niste baš sigurni što točno uništavate na svakom koraku”, kaže Charlier. “Ali glavnina onoga što smo pronašli je da nakon što uklonite 99 posto uobičajenih komponenata unutar CAI-ja, ono što vam ostane jest nešto vrlo egzotično i neočekivano.”
Zrna starija od Sunčevog sustava
“Potpis je različit od bilo čega drugog u Sunčevom sustavu”, kaže Tissot. Zrna koja nose ovaj potpis, zaključili su Tissot i Charlier, morala su nastati prije rođenja Sunčevog sustava i preživjeti kataklizmični proces tijekom kojeg su zvjezdana zrna zagrijavana na ekstremno visoke temperature, isparavana i potom kondenzirana u čvrste materijale.
S obzirom na relativnu obilnost stroncija-84, otkriće ukazuje na postojanje zrna veličine nanometra koje sadrže gotovo čisti stroncij-84, a koja su nastala tijekom rijetkog nukleosintetskog procesa prije formiranja samog Sunčevog sustava.
Priroda ovih zrna još je uvijek misterij jer samo njihov izotopski sastav u stronciju otkriva njihovo postojanje. Visoke razine Sr-84 u CAI-evima sugeriraju da Zemlja i siromašno-hlapljivi meteoriti imaju više stroncija-87 od CAI-eva, favorizirajući scenarij u kojem je Zemlja nastala s više vode i hlapljivih elemenata, koji su potom izgubljeni u prvih nekoliko milijuna godine po formiranju.
Članak iz časopisa Science Advances naslovljen je “Survival of presolar p-nuclide carriers in the nebula revealed by stepwise leaching of Allende refractory inclusions.” (hrv. preživljavanje predsolarnih nosača p-nuklida u maglici otkriveno postupnim ispiranjem Allendeovih vatrostalnih inkluzija).
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram
Izvori:
Ja sam Matija Klarić.
Student sam Ekonomskog fakulteta, a u slobodno se vrijeme bavim volonterstvom te istraživanjem, čitanjem i pisanjem o mojim omiljenim temama; svemiru, astronomiji, astrofizici i tehnologiji.
