Crédito da imagem: WUSTL
Ann Nguyen escolheu um projeto arriscado para seus estudos de pós-graduação na Washington University, em St. Louis. Uma equipe da universidade já havia vasculhado 100.000 grãos de um meteorito para procurar um tipo específico de poeira estelar? sem sucesso.
Em 2000, Nguyen decidiu tentar novamente. Cerca de 59.000 grãos depois, sua decisão corajosa valeu a pena. Na edição de 5 de março da Science, Nguyen e seu orientador, Ernst K. Zinner, Ph.D., professor de física e ciências da terra e planetárias, ambos em Artes e Ciências, descrevem nove partículas de poeira de silicato? grãos de silicato pré-molares? de um dos meteoritos mais primitivos conhecidos.
“Encontrar silicatos pré-molares em um meteorito nos diz que o sistema solar se formou a partir de gás e poeira, alguns dos quais nunca ficaram muito quentes, em vez de uma nebulosa solar quente”, diz Zinner. "A análise desses grãos fornece informações sobre suas fontes estelares, processos nucleares nas estrelas e as composições físicas e químicas das atmosferas estelares".
Em 1987, Zinner e colegas da Universidade de Washington e um grupo de cientistas da Universidade de Chicago encontraram a primeira poeira estelar em um meteorito. Esses grãos pré-molares eram partículas de diamante e carboneto de silício. Embora outros tipos tenham sido descobertos em meteoritos, nenhum foi feito de silicato, um composto de silício, oxigênio e outros elementos, como magnésio e ferro.
"Isso foi um mistério, porque sabemos, a partir de espectros astronômicos, que os grãos de silicato parecem ser o tipo mais abundante de grãos ricos em oxigênio produzidos em estrelas", diz Nguyen. "Mas até agora, grãos de silicato pré-molares foram isolados apenas de amostras de partículas de poeira interplanetárias de cometas".
Nosso sistema solar se formou a partir de uma nuvem de gás e poeira que foi lançada no espaço pela explosão de gigantes e supernovas vermelhas. Parte dessa poeira formou asteróides e meteoritos são fragmentos arrancados de asteróides. A maioria das partículas nos meteoritos se assemelham porque a poeira de estrelas diferentes se homogeneizou no inferno que moldou o sistema solar. Porém, amostras puras de algumas estrelas ficaram presas nas profundezas de alguns meteoritos. Os grãos ricos em oxigênio podem ser reconhecidos por suas proporções incomuns de isótopos de oxigênio.
Nguyen, uma estudante de graduação em ciências da terra e do planeta, analisou cerca de 59.000 grãos do Acfer 094, um meteorito encontrado no Saara em 1990. Ela separou os grãos na água em vez de com produtos químicos agressivos, que podem destruir os silicatos. Ela também usou um novo tipo de sonda de íons chamada NanoSIMS (espectrômetro de massa de íons secundários), que pode resolver objetos menores que um micrômetro (um milionésimo de metro).
Zinner e Frank Stadermann, Ph.D., cientista sênior de pesquisa no Laboratório de Ciências Espaciais da universidade, ajudaram a projetar e testar o NanoSIMS, fabricado pela CAMECA em Paris. A um custo de US $ 2 milhões, a Universidade de Washington adquiriu o primeiro instrumento no mundo em 2001.
As sondas de íons direcionam um feixe de íons para um ponto da amostra. O feixe desloca alguns dos átomos da própria amostra, alguns dos quais ficam ionizados. Esse feixe secundário de íons entra em um espectrômetro de massa configurado para detectar um isótopo específico. Assim, as sondas de íons podem identificar grãos que possuem uma proporção incomumente alta ou baixa desse isótopo.
Ao contrário de outras sondas de íons, o NanoSIMS pode detectar cinco isótopos diferentes simultaneamente. O feixe também pode viajar automaticamente de um local para outro, para que centenas ou milhares de grãos possam ser analisados em uma configuração experimental. "O NanoSIMS foi essencial para essa descoberta", diz Zinner. “Esses grãos de silicato pré-molares são muito pequenos? apenas uma fração de um micrômetro. A alta resolução espacial do instrumento e a alta sensibilidade tornaram essas medidas possíveis. ”
Usando um feixe primário de íons de césio, Nguyen mediu meticulosamente as quantidades de três isótopos de oxigênio? 16O, 17O e 18O? em cada um dos muitos grãos que ela estudou. Nove grãos, com diâmetros de 0,1 a 0,5 micrômetros, apresentaram relações incomuns de isótopos de oxigênio e foram altamente enriquecidos em silício. Esses grãos de silicato pré-molar se dividiram em quatro grupos. Cinco grãos foram enriquecidos em 17O e levemente empobrecidos em 18O, sugerindo que a mistura profunda em estrelas vermelhas gigantes ou ramos gigantes assintóticos foi responsável por suas composições isotópicas de oxigênio.
Um grão estava muito esgotado em 18O e, portanto, provavelmente foi produzido em uma estrela de baixa massa quando o material da superfície desceu para áreas quentes o suficiente para suportar reações nucleares. Outro foi enriquecido em 16O, que é típico de grãos de estrelas que contêm menos elementos mais pesados que o hélio do que o nosso sol. Os dois grãos finais foram enriquecidos em 17 e 18 e, portanto, poderiam ter vindo de supernovas ou estrelas que são mais enriquecidas em elementos mais pesados que o hélio em comparação com o sol.
Ao obter espectros de raios X dispersivos em energia, Nguyen determinou a provável composição química de seis dos grãos pré-molares. Parece haver duas olivinas e dois piroxenos, que contêm principalmente oxigênio, magnésio, ferro e silício, mas em proporções diferentes. O quinto é um silicato rico em alumínio e o sexto é enriquecido em oxigênio e ferro e pode ser de vidro com metal e sulfetos incorporados.
A preponderância de grãos ricos em ferro é surpreendente, diz Nguyen, porque os espectros astronômicos detectaram mais grãos ricos em magnésio do que grãos ricos em ferro nas atmosferas em torno das estrelas. "Pode ser que o ferro tenha sido incorporado a esses grãos quando o sistema solar estava sendo formado", explica ela.
Essas informações detalhadas sobre poeira estelar comprovam que a ciência espacial pode ser feita em laboratório, diz Zinner. "A análise dessas pequenas manchas pode nos fornecer informações, como taxas isotópicas detalhadas, que não podem ser obtidas pelas técnicas tradicionais da astronomia", acrescenta ele.
Nguyen agora planeja analisar as proporções de isótopos de silício e magnésio nos nove grãos. Ela também quer analisar outros tipos de meteoritos. "O Acfer 094 é um dos meteoritos mais primitivos que foram encontrados", diz ela. “Então esperamos que ele tenha a maior abundância de grãos pré-molares. Observando meteoritos que sofreram mais processamento, podemos aprender mais sobre os eventos que podem destruir esses grãos. ”
Fonte original: Comunicado de imprensa da WUSTL
