Tín dụng hình ảnh: WUSTL
Ann Nguyen đã chọn một dự án rủi ro cho nghiên cứu sau đại học của cô tại Đại học Washington ở St. Louis. Một nhóm đại học đã sàng lọc 100.000 hạt từ một thiên thạch để tìm kiếm một loại sao đặc biệt? không thành công.
Năm 2000, Nguyễn quyết định thử lại. Khoảng 59.000 hạt sau đó, quyết định táo bạo của cô đã được đền đáp. Trong số ra ngày 5 tháng 3 của Khoa học, Nguyễn và cố vấn của cô, Ernst K. Zinner, Tiến sĩ, giáo sư nghiên cứu vật lý và khoa học trái đất và hành tinh, cả về Nghệ thuật & Khoa học, mô tả chín đốm của sao băng silicat? hạt silicat tổng hợp? từ một trong những thiên thạch nguyên thủy nhất được biết đến.
Phát hiện silic tổng hợp silic trong một thiên thạch cho chúng ta biết rằng hệ mặt trời hình thành từ khí và bụi, một số trong đó không bao giờ rất nóng, thay vì từ một tinh vân mặt trời nóng, lu Zinner nói. Phân tích các loại ngũ cốc như vậy cung cấp thông tin về các nguồn sao của chúng, các quá trình hạt nhân trong các ngôi sao và các thành phần vật lý và hóa học của khí quyển sao.
Năm 1987, Zinner và các đồng nghiệp tại Đại học Washington và một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Chicago đã tìm thấy ngôi sao đầu tiên trong một thiên thạch. Những hạt ngũ cốc đó là những hạt kim cương và silicon carbide. Mặc dù các loại khác đã được phát hiện trong thiên thạch, nhưng không có loại nào được tạo ra từ silicat, hợp chất của silic, oxy và các nguyên tố khác như magiê và sắt.
Đây là một điều khá bí ẩn bởi vì chúng ta biết, từ quang phổ thiên văn, các hạt silicat dường như là loại hạt giàu oxy nhất được tạo ra trong các ngôi sao, ông Nguyễn Nguyễn nói. Cho đến nay, các hạt silicat tổng hợp chỉ được phân lập từ các mẫu hạt bụi liên hành tinh từ sao chổi.
Hệ mặt trời của chúng ta hình thành từ một đám mây khí và bụi được phun vào không gian bằng cách nổ tung những người khổng lồ đỏ và siêu tân tinh. Một số bụi này hình thành các tiểu hành tinh và thiên thạch là những mảnh vỡ đánh bật các tiểu hành tinh. Hầu hết các hạt trong thiên thạch giống nhau vì bụi từ các ngôi sao khác nhau trở nên đồng nhất trong địa ngục hình thành nên hệ mặt trời. Tuy nhiên, mẫu tinh khiết của một vài ngôi sao đã bị mắc kẹt sâu bên trong một số thiên thạch. Những loại ngũ cốc giàu oxy có thể được nhận ra bằng tỷ lệ đồng vị oxy bất thường của chúng.
Nguyen, một sinh viên tốt nghiệp ngành khoa học trái đất và hành tinh, đã phân tích khoảng 59.000 hạt từ Acfer 094, một thiên thạch được tìm thấy ở Sahara vào năm 1990. Cô tách hạt trong nước thay vì bằng hóa chất khắc nghiệt, có thể phá hủy silicat. Cô cũng sử dụng một loại đầu dò ion mới gọi là NanoSIMS (Máy quang phổ khối ion thứ cấp), có thể phân giải các vật thể nhỏ hơn micromet (một phần triệu mét).
Zinner và Frank Stadermann, Tiến sĩ, nhà khoa học nghiên cứu cao cấp tại Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ tại trường đại học, đã giúp thiết kế và thử nghiệm NanoSIMS, được thực hiện bởi CAMECA ở Paris. Với chi phí 2 triệu đô la, Đại học Washington đã mua được nhạc cụ đầu tiên trên thế giới vào năm 2001.
Các đầu dò ion hướng một chùm ion vào một điểm trên mẫu. Chùm tia đánh bật một số nguyên tử của mẫu, một số nguyên tử bị ion hóa. Chùm ion thứ cấp này đi vào máy quang phổ khối được thiết lập để phát hiện một đồng vị cụ thể. Do đó, các đầu dò ion có thể xác định các loại ngũ cốc có tỷ lệ đồng vị cao hoặc thấp khác thường.
Tuy nhiên, không giống như các đầu dò ion khác, NanoSIMS có thể phát hiện đồng thời năm đồng vị khác nhau. Chùm tia cũng có thể tự động di chuyển từ điểm này sang điểm khác để có thể phân tích hàng trăm hoặc hàng ngàn hạt trong một thiết lập thử nghiệm. Giới thiệu về NanoSIMS là rất cần thiết cho khám phá này. Những hạt silicate tổng thống này rất nhỏ? chỉ một phần của micromet. Công cụ có độ phân giải không gian cao và độ nhạy cao giúp các phép đo này có thể thực hiện được.
Sử dụng một chùm ion nguyên tử, Nguyễn có đo được số lượng của ba đồng vị oxy không? 16O, 17O và 18O? trong mỗi loại ngũ cốc cô nghiên cứu. Chín hạt, với đường kính từ 0,1 đến 0,5 micromet, có tỷ lệ đồng vị oxy bất thường và được làm giàu rất nhiều trong silicon. Những hạt silicate tổng thống này rơi vào bốn nhóm. Năm hạt đã được làm giàu vào năm 17O và hơi cạn kiệt vào năm 18O, cho thấy rằng sự pha trộn sâu trong các ngôi sao nhánh khổng lồ màu đỏ hoặc không có triệu chứng là nguyên nhân gây ra các thành phần đồng vị oxy của chúng.
Một hạt đã cạn kiệt vào năm 18O và do đó có khả năng được tạo ra trong một ngôi sao có khối lượng thấp khi vật liệu bề mặt rơi xuống các khu vực đủ nóng để hỗ trợ các phản ứng hạt nhân. Một loại khác đã được làm giàu vào năm 16O, điển hình là các loại ngũ cốc từ các ngôi sao chứa ít nguyên tố nặng hơn helium so với mặt trời của chúng ta. Hai hạt cuối cùng được làm giàu trong cả 17O và 18O và do đó có thể đến từ siêu tân tinh hoặc các ngôi sao được làm giàu nhiều hơn trong các nguyên tố nặng hơn helium so với mặt trời của chúng ta.
Bằng cách thu được quang phổ tia X phân tán năng lượng, Nguyễn đã xác định thành phần hóa học có khả năng của sáu trong số các hạt ngũ cốc. Dường như có hai olivin và hai pyroxen, chứa chủ yếu là oxy, magiê, sắt và silicon nhưng ở các tỷ lệ khác nhau. Thứ năm là một silicat giàu nhôm, và thứ sáu được làm giàu oxy và sắt và có thể là thủy tinh với kim loại nhúng và sunfua.
Sự vượt trội của các loại ngũ cốc giàu sắt là đáng ngạc nhiên, Nguyễn nói, bởi vì quang phổ thiên văn đã phát hiện ra nhiều hạt giàu magiê hơn các loại ngũ cốc giàu sắt trong khí quyển xung quanh các ngôi sao. Có thể là sắt đã được tích hợp vào các loại ngũ cốc này khi hệ mặt trời đang được hình thành, cô ấy giải thích.
Thông tin chi tiết về sao này chứng minh rằng khoa học vũ trụ có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm, Zinner nói. Phân tích các đốm nhỏ này có thể cung cấp cho chúng ta thông tin, chẳng hạn như tỷ lệ đồng vị chi tiết, không thể có được bằng các kỹ thuật thiên văn truyền thống, ông nói thêm.
Bây giờ Nguyễn có kế hoạch xem xét tỷ lệ đồng vị silicon và magiê trong chín hạt. Cô cũng muốn phân tích các loại thiên thạch khác. Cô nói Acfer 094 là một trong những thiên thạch nguyên thủy nhất đã được tìm thấy, cô nói. Vì vậy, chúng tôi hy vọng nó sẽ có sự phong phú nhất của các hạt ngũ cốc. Bằng cách nhìn vào các thiên thạch đã trải qua quá trình xử lý nhiều hơn, chúng ta có thể tìm hiểu thêm về các sự kiện có thể phá hủy các hạt đó.
Nguồn gốc: Bản tin WUSTL
