Una imagen de microscopio electrónico de un carburo de silicio del tamaño de una micra, Sic, grano de polvo de estrellas (abajo a la derecha) extraído de un meteorito primitivo. El grano de polvo de estrellas está recubierto con compuestos orgánicos meteoríticos en la superficie (mugre oscura en el lado izquierdo del grano). Estos granos se formaron hace más de 4.600 millones de años en los vientos fríos que se perdieron en la superficie de estrellas ricas en carbono de baja masa cerca del final de sus vidas. tipificado aquí (arriba a la izquierda) por una imagen del telescopio espacial Hubble de la estrella rama gigante asintótica U Camelopardalis. El análisis de laboratorio de estos diminutos granos de polvo proporciona información única sobre las reacciones nucleares en estrellas de baja masa y sus evoluciones. (1 um es una millonésima parte de un metro). Crédito:NASA, Nan Liu y Andrew Davis
Algunos meteoritos prístinos contienen un registro de los bloques de construcción originales del sistema solar, incluidos los granos que se formaron en estrellas antiguas que murieron antes de que se formara el sol. Uno de los mayores desafíos al estudiar estos granos presolares es determinar el tipo de estrella de donde proviene cada grano.
Nan Liu, profesor asistente de investigación de física en artes y ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis, es el primer autor de un nuevo estudio en Cartas de revistas astrofísicas que analiza un conjunto diverso de granos presolares con el objetivo de darse cuenta de sus verdaderos orígenes estelares.
Liu y su equipo utilizaron un espectrómetro de masas de última generación llamado NanoSIMS para medir isótopos de un conjunto de elementos que incluyen los isótopos N y Mg-Al en granos de carburo de silicio presolar (SiC). Al refinar sus protocolos analíticos y también utilizar una fuente de iones de plasma de nueva generación, los científicos pudieron visualizar sus muestras con una mejor resolución espacial que la que podrían lograr los estudios anteriores.
"Los granos presolares se han incrustado en meteoritos durante 4.600 millones de años y, a veces, están recubiertos con materiales solares en la superficie, "Dijo Liu." Gracias a la resolución espacial mejorada, nuestro equipo pudo ver la contaminación de Al adherida a la superficie de un grano y obtener firmas estelares verdaderas al incluir señales solo del núcleo del grano durante la reducción de datos ".
Los científicos escupieron los granos usando un haz de iones durante períodos prolongados de tiempo para exponerlos limpios, superficies de grano interiores para sus análisis isotópicos. Los investigadores encontraron que las proporciones de isótopos de N del mismo grano aumentaron mucho después de que el grano estuvo expuesto a la pulverización iónica prolongada.
Las proporciones de isótopos rara vez se pueden medir para las estrellas, pero los isótopos C y N son dos excepciones. Los nuevos datos de isótopos de C y N para los granos presolares informados en este estudio vinculan directamente los granos a diferentes tipos de estrellas de carbono según las proporciones isotópicas observadas de estas estrellas.
Imágenes NanoSIMS de un grano de SiC. El panel superior muestra imágenes tomadas con una resolución espacial de ~ 1 μm, la resolución típica de análisis anteriores. El panel inferior muestra las imágenes de iones del mismo grano tomadas con una resolución espacial de 100 nm, la resolución alcanzada en este estudio. Crédito:Nan Liu
"Los nuevos datos isotópicos obtenidos en este estudio son emocionantes para físicos estelares y astrofísicos nucleares como yo, "dijo Maurizio Busso, un coautor del estudio que tiene su sede en la Universidad de Perugia, en Italia. "En efecto, las 'extrañas' proporciones isotópicas de N de los granos de SiC presolares han sido en las últimas dos décadas una fuente de gran preocupación. Los nuevos datos explican la diferencia entre lo que estaba originalmente presente en los granos de polvo de estrellas presolares y lo que se adjuntó más tarde. resolviendo así un antiguo rompecabezas en la comunidad ".
El estudio también incluye una exploración significativa del isótopo radiactivo aluminio-26 ( 26 Alabama), una fuente de calor importante durante la evolución de los cuerpos planetarios jóvenes en el sistema solar temprano y también en otros sistemas extrasolares. Los científicos infirieron la presencia inicial de grandes cantidades de 26 Al en todos los granos medidos, según lo predicho por los modelos actuales. El estudio determinó cuánto 26 Al fue producido por las "estrellas madre" de los granos que midieron. Liu y sus colaboradores concluyeron que las predicciones del modelo estelar para 26 Al son demasiado altos en al menos un factor de dos, en comparación con los datos de grano.
Las compensaciones del modelo de datos probablemente apuntan a incertidumbres en las tasas de reacción nuclear relevantes, Liu señaló, y motivará a los físicos nucleares a buscar mejores mediciones de estas tasas de reacción en el futuro.
Los resultados del equipo vinculan algunos de los granos presolares de esta colección con estrellas de carbono poco conocidas con composiciones químicas peculiares.
Los datos isotópicos de los granos apuntan a procesos de quema de H que ocurren en tales estrellas de carbono a temperaturas más altas de lo esperado. Esta información ayudará a los astrofísicos a construir modelos estelares para comprender mejor la evolución de estos objetos estelares.
"A medida que aprendemos más sobre las fuentes del polvo, podemos obtener conocimientos adicionales sobre la historia del universo y cómo evolucionan varios objetos estelares dentro de él, "Dijo Liu.
