شهاب سنگ باستانی اطلاعاتی از تشکیل منظومه شمسی در خود ذخیره کرده است - پرشین بلاگ

قدیمی ترین ماده ای که روی زمین کشف شده است حالا شاید سرنخ هایی از تاریخ پیش از منظومه شمسی در اختیار ما قرار دهد. بشر اکنون قطعه های شهاب سنگی کهن را در اختیار دارد که با قدمت 7 میلیارد سال، سن آن ها قدیمی تر از منظومه شمسی است و با نام دانه های پیش خورشیدی (Presolar Grains) شناخته می شوند.

این دانه ها در ستارگان باستانی که پیش از تولد خورشید ما مرده اند، تشکیل شده اند اما هنوز هم ستارگان مشابهی در کیهان وجود دارند و تجزیه وتحلیل اطلاعات ذخیره شده در شهاب سنگ، می تواند نگرش جالبی درباره شیمی این نوع ستارگان ارائه دهد.

پیش از این پژوهشگران سعی کرده بودند که دانه های پیش خورشیدی را در شهاب سنگ ها تجزیه وتحلیل کنند اما اکنون نان لیو (Nan Liu) استادیار فیزیک دانشگاه واشنگتن در مقاله ای تازه که 12 اکتبر (24 مهر) در نشریه استروفیزیکال ژورنال (Astrophysical Journal Letters) منتشر شده، اعتقاد دارد روش های اولیه مطالعه این دانه ها بسیار نادرست بوده اند.

لیو و تیمش نمونه هایی از شهاب سنگ های مارکیسون (Murchison Meteorites) را که در مجموع سنگ هایی فضایی به وزن 100 کیلوگرم هستند و در سال 1969 میلادی (1348 خورشیدی) بر فراز شهر مارکیسون استرالیا فرود آمدند، بررسی کردند. دانشمندانی که قبلا این شهاب سنگ ها را مطالعه کرده بودند به سرعت دریافتند که سقوط این شهاب سنگ ها با خوش شانسی زیادی همراه بوده است اما نه فقط به این دلیل که قطعه ای بزرگ از آن بدون آسیب به کسی بر سقف یک انبار فرود آمده است.

به گفته لیو نکته جالب توجه این است که مارکیسون یک شهاب سنگ اولیه است که در ابتدای منظومه شمسی شکل گرفته و پس از تشکیل، هرگز ذوب نشده است. بیشتر شهاب هایی که از کمربند سیارک ها سرچشمه می گیرند، با برخورد و حرارت روبه رو می شوند که آن ها را ذوب می کند و بنابراین هر گونه ماده اولیه از مراحل اولیه منظومه شمسی از بین می رود.

در شهاب سنگ مارکیسون این گونه نیست و دانه های سنگ قدیمی تر از منظومه شمسی، در مواد تازهتر سطحی پنهان شده اند. دانشمندان از تحقیقات قبلی می دانند که این دانه ها متعلق به پیش از تولد منظومه شمسی هستند، زیرا ترکیب شیمیایی آن ها فرق دارد.

لیو گفت: این دانه ها از سیلیکون کاربید یعنی اتم های سیلیکون و کربن ساخته شده اند، اما این ترکیب به طور طبیعی در منظومه شمسی ما تشکیل نمی شود زیرا اکسیژن زیادی اطراف ما وجود دارد و تمام این اتم های کربن با اکسیژن واکنش می دهند و مولکول های کربن دی اکسید را تولید می کنند.

به گفته او محتمل ترین منشأ این دانه ها ستاره های کربنی هستند، غول های سرخ درخشان که جو آن ها کربن بیشتری نسبت به اکسیژن دارد. اما برای تأیید این نظریه دانشمندان باید بفهمند که آیا ترکیب ایزوتوپ های خاصی در دانه های شهاب سنگ با ستارگان کربنی مطابقت دارد یا خیر؟

ایزوتوپ ها در حقیقت انواعی از یک عنصر شیمیایی هستند که در تعداد نوترون های هسته با هم تفاوت دارند. در حالی که برخی از ایزوتوپ ها در منظومه شمسی رایج هستند، برخی دیگر تنها در داخل انواع خاصی از ستارگان شکل می گیرند.

لیو گفت: نسبت های ایزوتوپی این دانه ها با آنچه در منظومه شمسی می بینیم بسیار فرق دارد. برای نمونه در اجرام منظومه شمسی نسبت کربن 12 به کربن 13 حدود 89 است. اما این دانه های پیش خورشیدی نسبت کربن 12 به کربن 13 از 2 تا 200 دارند که در نتیجه واکنش های همجوشی در ستاره های مادر آن ها ایجاد شده اند. جالب توجه است که این موضوع در مورد ایزوتوپ های نیتروژن، آلومینیوم و منیزیم هم صدق می کند.

اگر این دانه ها واقعا از ستارگان کربنی آمده باشند، ترکیبات ایزوتوپی آن ها باید با آنچه رصدهای ستارگان کربنی نشان می دهد مطابقت داشته باشد. چیزی که تا به امروز پژوهشگران به نتایج قانع کننده ای درباره آن نرسیده بودند. یک دلیل می تواند این باشد که این ستارگان محل شکل گیری این دانه ها نبوده اند اما به گفته لیو توضیح می تواند بسیار ساده تر باشد.

او گفت: مقدار گیری های گذشته نسبت ایزوتوپ کربن و نیتروژن کمتری را در آن دانه ها نشان می داد. اما من فکر کردم که شاید مشکل در روش بررسی باشد. این دانه ها صدها میلیون سال را در محیط میان ستاره ای و میلیاردها سال در منظومه شمسی ما گذرانده اند و در نتیجه سطح آن ها می تواند مواد تازه ای را جذب کرده باشد. این یعنی در مطالعات قبلی دانشمندان ممکن است به جای خود دانه های پیش خورشیدی، ناخالصی های جوان تر روی سطح را مقدار گیری کرده باشند.

بنابراین لیو و همکارانش یک روش تحلیلی تازه برای حذف هر گونه ماده ای که ممکن است به سطح این دانه ها بچسبد، طراحی کردند. به عنوان بخشی از این تکنیک، آن ها ابتدا قطعات شهاب سنگ مارکیسون را در اسید حل کردند تا تنها دانه های سیلیکون کاربید باقی بماند. سپس دانه ها را با پرتوهای یون سزیم و اکسیژن بمباران کردند تا هر گونه ماده ای که ممکن است ناشی از اجزای جوان تر شهاب سنگ باشد، از بین برود.

در نهایت این تیم پژوهشی، مقدار گیری های طیف سنجی از ترکیب ایزوتوپ دانه ها انجام داد. به گفته لیو نتایج به دست آمده با داده های مشاهدات ستاره های کربنی بسیار نزدیک تر است. این امر تردید اولیه لیو را نسبت به نادرستی روش بررسی قبلی، تأیید کرد و نشان داد که نه تنها این دانه ها به احتمال زیاد از ستارگان کربنی آمده اند بلکه می توان از آن ها برای کمک به دانشمندان در درک خود این نوع ستارگان استفاده کرد.

مائوریتزیو بوسو (Maurizio Busso) دیگر نویسنده این پژوهش از دانشگاه پروجا ایتالیا گفت: داده های تازه ایزوتوپی به دست آمده در این مطالعه، برای فیزیکدانان ستاره ای و اخترفیزیکدانان هسته ای مانند من هیجان انگیز است. در حقیقت نسبت های عجیب ایزوتوپی نیتروژن دانه های سیلیکون کاربید پیش خورشیدی در دو دهه گذشته بسیار چالش برانگیز بوده است. داده های تازه تفاوت میان آنچه در ابتدا در دانه های ستاره قبل از ستاره وجود داشت و بعدا به آن پیوست را توضیح می دهد و بنابراین یک معمای قدیمی حل می شود.

به گفته لیو این داده های تازه سرنخ هایی را برای نمونه درباره اینکه چگونه ستارگان کربنی در هسته های خود آلومینیوم تولید می کنند، ارائه می دهد. هرچند با وجود نتایج مناسب او تأکید دارد که با یافته های این مطالعه باید با تحقیقات بیشتر تأیید شود.

عکس کاور: تصویری دانه های پیش خورشیدی بارش شهاب سنگی مارکیسون از طریق میکروسکوپ الکترونی

Credit: NASA, Nan Liu ,Andrew Davis

منبع: Space