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アン・グエンは、セントルイスのワシントン大学での大学院研究のために危険なプロジェクトを選びました。大学のチームは、特定の種類のスターダストを探すために、隕石から10万粒をふるいにかけましたか？成功なし。
2000年に、グエンはもう一度試すことにしました。約59,000粒後、彼女の内気な決定は報われました。科学の3月5日号で、グエンと彼女のアドバイザーであるアーツ＆サイエンスの物理学および地球惑星科学の研究教授であるErnst K. Zinner博士は、ケイ酸塩スターダストの9つの斑点について説明しています。プレソーラーケイ酸塩粒？知られている最も原始的な隕石の一つから。
「隕石でプレソーラーシリケートを見つけると、高温の太陽系星雲からではなく、ガスとダストから形成された太陽系があることがわかります」とZinner氏は言います。 「そのような穀物を分析することで、それらの恒星源、星の核プロセス、および恒星大気の物理的および化学的組成に関する情報が得られます。」
1987年、ワシントン大学のZinner氏と同僚、およびシカゴ大学の科学者グループは、隕石で最初のスターダストを発見しました。それらのプレソーラー粒子は、ダイヤモンドと炭化ケイ素の斑点でした。他のタイプは隕石で発見されていますが、ケイ酸塩、シリコン、酸素、マグネシウムや鉄などの他の元素の化合物で作られたものはありませんでした。
「これは非常に謎でした。天文学のスペクトルから、ケイ酸塩粒子は星で作られた酸素に富む粒子の中で最も豊富なタイプのように見えることを知っているからです」とグエンは言います。 「しかし、これまで、太陽系前のケイ酸塩粒子は、彗星からの惑星間ダスト粒子のサンプルからのみ分離されていました。」
私たちの太陽系は、赤い巨人と超新星の爆発によって宇宙に噴出されたガスと塵の雲から形成されました。このほこりの一部は小惑星を形成し、隕石は小惑星からノックされた破片です。隕石のほとんどの粒子は互いに似ています。これは、さまざまな星からのダストが、太陽系を形作るインフェルノで均質化されたためです。しかし、いくつかの星の純粋なサンプルは、いくつかの隕石の奥深くに閉じ込められました。酸素が豊富なこれらの粒子は、酸素同位体の異常な比率によって認識できます。
地球惑星科学の大学院生であるグエンは、1990年にサハラ砂漠で発見された隕石であるAcfer 094から約59,000粒を分析しました。彼女は、珪酸塩を破壊する可能性のある過酷な化学薬品ではなく、水中で粒を分離しました。彼女はまた、NanoSIMS（Secondary Ion Mass Spectrometer）と呼ばれる新しいタイプのイオンプローブを使用しました。これは、マイクロメートル（100万分の1メートル）より小さい物体を分析できます。
大学の宇宙科学研究所の上級研究科学者であるZinnerとFrank Stadermann、Ph.D.は、パリのCAMECAによって作成されたNanoSIMSの設計とテストを支援しました。 200万ドルの費用で、ワシントン大学は2001年に世界で最初の機器を取得しました。
イオンプローブは、イオンビームをサンプルの1つのスポットに向けます。ビームは、サンプル自体の原子の一部を取り除き、その一部はイオン化されます。この二次イオンビームは、特定の同位体を検出するように設定された質量分析計に入ります。したがって、イオンプローブは、その同位体の割合が異常に高いまたは低い穀物を識別できます。
ただし、他のイオンプローブとは異なり、NanoSIMSは5つの異なる同位体を同時に検出できます。ビームは、スポット間を自動的に移動することもできるため、数百または数千の粒子を1つの実験設定で分析できます。 「NanoSIMSはこの発見に不可欠でした」とZinner氏は言います。 「これらのプレソーラーケイ酸塩粒子は非常に小さいですか？マイクロメータのほんの一部です。機器の高い空間分解能と高感度により、これらの測定が可能になりました。」
Nguyenはセシウムイオンの一次ビームを使用して、3つの酸素同位体の量を入念に測定しましたか？ 16O、17O、18O？彼女が研究した多くの穀物のそれぞれで。直径が0.1から0.5マイクロメートルの9つの粒子は、異常な酸素同位体比を持ち、シリコンが非常に豊富でした。これらのプレソーラーケイ酸塩粒子は4つのグループに分類されました。 5つの粒子は17Oで濃縮され、18Oでわずかに減少しました。これは、赤色巨星または漸近巨枝星の深い混合がそれらの酸素同位体組成の原因であることを示唆しています。
1つの穀物は18Oで非常に枯渇したため、表面物質が核反応をサポートするのに十分な高温の領域に降下したときに、低質量星で生成された可能性があります。もう1つは16Oで濃縮されました。これは、太陽よりもヘリウムより重い元素が少ない星からの粒子に典型的なものです。最後の2つの粒子は17Oと18Oの両方で濃縮されていたため、太陽に比べてヘリウムより重い元素が濃縮された超新星や星から来た可能性があります。
Nguyenは、エネルギー分散型X線スペクトルを取得することにより、6つのプレソーラー粒子の化学組成を決定しました。 2つのかんらん石と2つの輝石があり、それらは主に酸素、マグネシウム、鉄、シリコンを含みますが、比率は異なります。 5番目はアルミニウムに富むケイ酸塩で、6番目は酸素と鉄に富んでおり、金属と硫化物が埋め込まれたガラスである可能性があります。
天文学のスペクトルは、星の周囲の大気中の鉄に富む粒子より多くのマグネシウムに富む粒子を検出したため、鉄に富む粒子の優勢は驚くべきものであるとグエンは言います。 「太陽系が形成されているときに鉄がこれらの穀物に組み込まれた可能性があります」と彼女は説明します。
スターダストに関するこの詳細な情報は、宇宙科学を実験室で行うことができることを証明している、とZinner氏は述べています。 「これらの小さな斑点を分析すると、伝統的な天文学の手法では得られない詳細な同位体比などの情報が得られる場合があります」と彼は付け加えます。
グエンは現在、9つの結晶粒におけるシリコンとマグネシウムの同位体の比率を調べる予定です。彼女はまた、他の種類の隕石を分析したいと考えています。 「Acfer 094は発見された最も原始的な隕石の1つです」と彼女は言います。 「それで、我々はそれがプレソーラー・グレインの最大の豊富さを持っていると予想するでしょう。より多くの処理を経た隕石を見ると、それらの粒子を破壊する可能性のある出来事についてさらに知ることができます。」
元のソース：WUSTLニュースリリース
