Sommige ongerepte meteorieten bevatten een record van de oorspronkelijke bouwstenen van het zonnestelsel, inclusief korrels die zich vormden in oude sterren die stierven voordat de zon werd gevormd. Een van de grootste uitdagingen bij het bestuderen van deze presolaire korrels is om te bepalen van welk type ster elke korrel afkomstig is.

Nan Liu, onderzoeksassistent-professor natuurkunde in Arts &Sciences aan de Washington University in St. Louis, is eerste auteur van een nieuwe studie in Astrofysische journaalbrieven die een diverse reeks presolaire korrels analyseert met als doel hun ware stellaire oorsprong te realiseren.

Liu en haar team gebruikten een ultramoderne massaspectrometer genaamd NanoSIMS om isotopen te meten van een reeks elementen, waaronder de N- en Mg-Al-isotopen in presolaire siliciumcarbide (SiC) korrels. Door hun analytische protocollen te verfijnen en ook gebruik te maken van een nieuwe generatie plasma-ionenbron, de wetenschappers waren in staat om hun monsters te visualiseren met een betere ruimtelijke resolutie dan door eerdere studies kon worden bereikt.

"Presolaire korrels zijn al 4,6 miljard jaar ingebed in meteorieten en zijn soms bedekt met zonnematerialen op het oppervlak, " zei Liu. "Dankzij de verbeterde ruimtelijke resolutie, ons team was in staat om Al-verontreiniging op het oppervlak van een korrel te zien en echte stellaire handtekeningen te verkrijgen door alleen signalen uit de kern van de korrel op te nemen tijdens de gegevensreductie."

De wetenschappers sputterden de korrels met een ionenstraal voor langere tijd om schone, inwendige korreloppervlakken voor hun isotopenanalyses. De onderzoekers ontdekten dat de N-isotoopverhoudingen van dezelfde korrel sterk toenam nadat de korrel werd blootgesteld aan langdurig sputteren van ionen.

Isotopenverhoudingen kunnen zelden worden gemeten voor sterren, maar C- en N-isotopen zijn twee uitzonderingen. De nieuwe C- en N-isotoopgegevens voor de presolaire korrels die in dit onderzoek zijn gerapporteerd, koppelen de korrels rechtstreeks aan verschillende soorten koolstofsterren op basis van de waargenomen isotopenverhoudingen van deze sterren.

"De nieuwe isotopengegevens die in deze studie zijn verkregen, zijn opwindend voor stellaire fysici en nucleaire astrofysici zoals ik, " zei Maurizio Busso, een co-auteur van de studie die is gebaseerd op de Universiteit van Perugia, in Italië. "Inderdaad, de 'vreemde' N-isotopenverhoudingen van presolaire SiC-korrels zijn de afgelopen twee decennia een opmerkelijke bron van zorg geweest. De nieuwe gegevens verklaren het verschil tussen wat oorspronkelijk aanwezig was in de presolaire sterrenstofkorrels en wat later werd bevestigd, dus het oplossen van een al lang bestaande puzzel in de gemeenschap."

De studie omvat ook een belangrijke verkenning van de radioactieve isotoop aluminium-26 ( ²⁶ Al), een belangrijke warmtebron tijdens de evolutie van jonge planetaire lichamen in het vroege zonnestelsel en ook andere buiten het zonnestelsel. De wetenschappers concludeerden dat er aanvankelijk grote hoeveelheden ²⁶ Al in alle afgemeten korrels, zoals voorspeld door de huidige modellen. De studie bepaalde hoeveel ²⁶ Al werd geproduceerd door de "oudersterren" van de korrels die ze maten. Liu en haar medewerkers concludeerden dat voorspellingen van stellaire modellen voor ²⁶ Al zijn minstens een factor twee te hoog, vergeleken met de graangegevens.

De datamodel-offsets wijzen waarschijnlijk op onzekerheden in relevante nucleaire reactiesnelheden, Liu merkte op, en zal kernfysici motiveren om in de toekomst betere metingen van deze reactiesnelheden na te streven.

De resultaten van het team koppelen enkele van de presolaire korrels in deze collectie aan slecht bekende koolstofsterren met eigenaardige chemische samenstellingen.

De isotopengegevens van de korrels wijzen op H-verbrandingsprocessen die plaatsvinden in dergelijke koolstofsterren bij hoger dan verwachte temperaturen. Deze informatie zal astrofysici helpen om stellaire modellen te construeren om de evolutie van deze stellaire objecten beter te begrijpen.

"Naarmate we meer leren over de bronnen van stof, we kunnen aanvullende kennis opdoen over de geschiedenis van het universum en hoe verschillende stellaire objecten daarin evolueren, ' zei Liu.