In 2011, wetenschappers bevestigden een vermoeden:er was een splitsing in de lokale kosmos. Monsters van de zonnewind die door de Genesis-missie naar de aarde zijn teruggebracht. De definitief bepaalde zuurstofisotopen in de zon verschillen van die op aarde. de maan en de andere planeten en satellieten in het zonnestelsel.

Vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel, materiaal dat later zou samensmelten tot planeten was geraakt met een flinke dosis ultraviolet licht, wat dit verschil kan verklaren. Waar kwam het vandaan? Er kwamen twee theorieën naar voren:ofwel kwam het ultraviolette licht van onze toen nog jonge zon, of het kwam van een grote nabije ster in de sterrenkraamkamer van de zon.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het lab van Ryan Ogliore, assistent-professor natuurkunde in Arts &Sciences aan de Washington University in St. Louis, hebben vastgesteld wie verantwoordelijk was voor de splitsing. Het was hoogstwaarschijnlijk licht van een reeds lang geleden overleden massieve ster die deze indruk op de rotsachtige lichamen van het zonnestelsel heeft achtergelaten. De studie werd geleid door Lionel Vacher, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in het laboratorium voor ruimtewetenschappen van de afdeling natuurkunde.

Hun resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Geochimica en Cosmochimica Acta .

"We wisten dat we geboren waren uit... sterrenstof :dat is, stof gemaakt door andere sterren in onze galactische omgeving maakte deel uit van de bouwstenen van het zonnestelsel, ' zei Ogliore.

"Maar deze studie toonde aan dat sterrenlicht had ook een diepgaand effect op onze oorsprong."

Kleine tijdcapsule

Al die diepgang was verpakt in slechts 85 gram steen, een stuk van een asteroïde gevonden als meteoriet in Algerije in 1990, genaamd Acfer 094. Asteroïden en planeten gevormd uit hetzelfde presolaire materiaal, maar ze zijn beïnvloed door verschillende natuurlijke processen. De rotsachtige bouwstenen die samensmolten om asteroïden en planeten te vormen, werden gebroken en gehavend; verdampt en opnieuw gecombineerd; en gecomprimeerd en verwarmd. Maar de asteroïde waar Acfer 094 vandaan kwam, overleefde 4,6 miljard jaar, grotendeels ongedeerd.

"Dit is een van de meest primitieve meteorieten in onze collectie, " zei Vacher. "Het was niet noemenswaardig verwarmd. Het bevat poreuze gebieden en kleine korrels die zich rond andere sterren hebben gevormd. Het is een betrouwbare getuige van de vorming van het zonnestelsel."

Acfer 094 is ook de enige meteoriet die kosmische symplectiet bevat, een vergroeiing van ijzeroxide en ijzersulfide met extreem zware zuurstofisotopen - een belangrijke bevinding.

De zon bevat ongeveer 6% meer van de lichtste zuurstofisotoop in vergelijking met de rest van het zonnestelsel. Dat kan worden verklaard door ultraviolet licht dat op de bouwstenen van het zonnestelsel schijnt, het selectief opsplitsen van koolmonoxidegas in zijn samenstellende atomen. Dat proces creëert ook een reservoir van veel zwaardere zuurstofisotopen. Tot kosmische symplectite, echter, niemand had deze zware isotoopsignatuur gevonden in monsters van materialen van het zonnestelsel.

Met slechts drie isotopen, echter, alleen het vinden van de isotopen van zware zuurstof was niet genoeg om de vraag naar de oorsprong van het licht te beantwoorden. Verschillende ultraviolette spectra hadden hetzelfde resultaat kunnen opleveren.

"Toen kwam Ryan op het idee van zwavelisotopen, ' zei Vacher.

De vier isotopen van zwavel zouden hun sporen achterlaten in verschillende verhoudingen, afhankelijk van het spectrum van ultraviolet licht dat waterstofsulfidegas in het proto-zonnestelsel bestraalde. Een massieve ster en een jonge zonachtige ster hebben verschillende ultraviolette spectra.

Kosmische symplectiet werd gevormd toen ijs op de asteroïde smolt en reageerde met kleine stukjes ijzer-nikkelmetaal. Naast zuurstof, kosmische symplectiet bevat zwavel in ijzersulfide. Als zijn zuurstof getuige was van dit oude astrofysische proces - dat leidde tot de isotopen van zware zuurstof - misschien deed zijn zwavel dat, te.

“We hebben een model ontwikkeld, " zei Ogliore. "Als ik een massieve ster had, welke isotoopanomalieën zouden ontstaan? Hoe zit het met een jonge, zonachtige ster? De precisie van het model hangt af van de experimentele gegevens. Gelukkig, andere wetenschappers hebben geweldige experimenten gedaan met wat er gebeurt met isotopenverhoudingen wanneer waterstofsulfide wordt bestraald met ultraviolet licht."

Zwavel- en zuurstofisotoopmetingen van kosmische symplectiet in Acfer 094 bleken een andere uitdaging. de granen, tientallen micrometers groot en een mengsel van mineralen, vereiste nieuwe technieken op twee verschillende in-situ secundaire-ionenmassaspectrometers:de NanoSIMS in de natuurkundeafdeling (met hulp van Nan Liu, onderzoeksassistent-professor natuurkunde) en de 7f-GEO bij de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen, ook in Kunsten &Wetenschappen.

Leg de puzzel in elkaar

Het hielp om vrienden te hebben in de aard- en planeetwetenschappen, in het bijzonder David Fike, hoogleraar aard- en planeetwetenschappen en directeur van Environmental Studies in Arts &Sciences en directeur van het International Centre for Energy, Milieu en Duurzaamheid, en Clive Jones, onderzoekswetenschapper in aard- en planeetwetenschappen.

"Ze zijn experts in zeer nauwkeurige in-situ zwavelisotoopmetingen voor biogeochemie, " zei Ogliore. "Zonder deze samenwerking, we zouden niet de precisie hebben bereikt die we nodig hadden om onderscheid te maken tussen de jonge zon en massieve sterscenario's."

De zwavelisotoopmetingen van kosmische symplectiet waren consistent met ultraviolette straling van een massieve ster, maar paste niet in het UV-spectrum van de jonge zon. De resultaten geven een uniek perspectief op de astrofysische omgeving van de geboorte van de zon 4,6 miljard jaar geleden. Naburige massieve sterren waren waarschijnlijk zo dichtbij dat hun licht de vorming van het zonnestelsel beïnvloedde. Zo'n nabije massieve ster aan de nachtelijke hemel zou helderder lijken dan de volle maan.

Vandaag, we kunnen naar de lucht kijken en een soortgelijk oorsprongsverhaal elders in de melkweg zien spelen.

"We zien opkomende planetenstelsels, genaamd proplyds, in de Orionnevel die wordt verdampt door ultraviolet licht van nabije massieve O- en B-sterren, ' zei Vacher.

"Als de proplyds te dicht bij deze sterren zijn, ze kunnen uit elkaar worden gescheurd, en planeten worden nooit gevormd. We weten nu dat ons eigen zonnestelsel bij zijn geboorte dichtbij genoeg was om beïnvloed te worden door het licht van deze sterren, "zei hij. "Maar gelukkig, niet te dichtbij." Dit werk werd ondersteund door het McDonnell Center for Space Sciences aan de Washington University in St. Louis en NASA verlenen NNX14AF22G.