Пресолярлық дәндер - Presolar grains

Пресолярлық дәндер дейінгі бір уақытта пайда болған ұсақ қатты түйіршіктер түріндегі жұлдызаралық қатты зат Күн қалыптасты. Пресолярлы жұлдыз алдыңғы преолярлық жұлдыздардан шыққан және салқындатылатын газдардың құрамында пайда болған дәндер.

The жұлдыздық нуклеосинтез әр пресолярлық жұлдыздың ішінде болған ан түйіршіктеріне береді изотопты біздің ата-аналық жұлдызға ғана тән композиция, бұл біздің Күн жүйесі материясының изотоптық құрамынан, сондай-ақ галактикалық орташадан ерекшеленеді. Бұл изотоптық қолтаңбалар өте нақты астрофизикалық ядролық процестердің саусақ іздері[1] бұл жұлдыздың ішінде болды және олардың презолярлық шыққандығын дәлелдейді.[2][3]

Boeing Delta II зымыраны Stardust ғарыш кемесі іске қосуды күтуде. Стардуст құйрықты жұлдызмен жақын кездесті Жабайы 2 2004 жылдың қаңтарында, сонымен қатар құрамында жұлдызға дейінгі дәндері бар жұлдызаралық шаң жиналды.

Терминология

Метеоритиктер бұл терминді бейнелеу үшін жиі қолданады жұлдыз, бір жұлдыздан шыққан және олар метеориттерден зерттеуге арналған дәндер. Жұлдызаралық дәндердің көпшілігі бір жұлдыздан жұлдыз емес болғандықтан, кіші презолярлық дәндермен жинақталған жұлдызаралық бұлт материалы болғандықтан, пресолярлық дәндердің көпшілігі де жұлдызды емес. Логикалық тұрғыдан алғанда, барлық жұлдыздар - бұл алдын-ала дәндер; бірақ барлық презолярлық дәндер жұлдызды болып саналмайды. Бұл түсініксіз терминология ХХІ ғасырдағы метеоритиктердің арасында кеңінен қалыптасқан, олар терминдерді бір-бірімен алмастыра қолданғанды ​​жөн көреді, сондықтан екі қолданыста да өрнек қолданылуы немесе қолданылуы керек пресолярлық жұлдыздар дәндері үшін жұлдыз.

Тарих

1960 жылдары асыл газдар неон[4] және ксенон[5] ерекше болатындығы анықталды изотоптық қатынастар алғашқы метеориттерде; олардың шығу тегі және оларды қамтыған зат түрі құпия болды. Бұл жаңалықтар метеориттің а. Үлгіні буландыру арқылы жасалды масс-спектрометр, салыстырмалы түрде көптігін санау үшін изотоптар өте аз мөлшерде асыл газдар қоспа ретінде ұсталды. 1970 жылдары осыған ұқсас тәжірибелер ұсталған ксенон изотоптарының көп компоненттерін тапты.[6] Ксенонның изотоптық компоненттерінің шығу тегі туралы бәсекелес спекуляциялар дамыды, олардың барлығы вариациялар бастапқыда біртекті күн газы бұлтындағы процестердің нәтижесінде пайда болды деген қолданыстағы парадигма шеңберінде болды.

Ауызша түсіндірудің жаңа теориялық негізі 1970 жылдары пайда болды Клейтон, Дональд Д. метеоритиктер арасында күн жүйесі біртекті ыстық газ ретінде басталды деген кең таралған пікірді жоққа шығарды.[7] Оның орнына ол әртүрлі типтегі жұлдыздардан жаппай жоғалту кезінде конденсацияланған жұлдызаралық түйіршіктерден ерекше, бірақ болжанатын изотоптық композициялар болады деп болжады. Ол мұндай дәндердің жұлдызаралық ортада болатындығын алға тартты.[7][8] Клейтонның 1975 жылы осы идеяны қолданған алғашқы еңбектерінде сөнген радиоактивтілікті анықтаған Ne және Xe радиогенді изотоптарына бай супернова дәндерімен қоныстанған жұлдызаралық орта суреттелген.[9] Клейтон прастолярлы астық дәндерінің бірнеше түрлі типтерін анықтады: жұлдыз қызыл алып жұлдыздардан, сунокондар (аббревиатурасы SUперЖОҚva КОНденсаты) бастап супернова, небкондар небулярлық конденсациядан жинақтау суық бұлтты газ тәрізді атомдар мен молекулалардың және новакондар бастап нова конденсация.[7] Осы суреттің қарқынды және үздіксіз белсенді дамуына қарамастан, Клейтонның ұсыныстары басқалар он жыл бойы метеориттерде осындай дәндер табылғанға дейін қолдау таппады.

Метеориттер ішіндегі жұлдызқойлықтың пайда болуының алғашқы айқын салдары зертханадан пайда болды Эдвард Андерс Чикагода,[10] дәстүрлі масс-спектрометрияны қолданып, метеориттің негізгі массасы қышқылдарда ерігеннен кейін қалған қышқылда ерімейтін көміртекті қалдықтың құрамында болатын ксенонның изотоптық молдығы изотоптық ксенонның болжамына дәл сәйкес келетіндігін анықтады. қызыл алып жұлдыз.[8] Содан кейін жұлдыздар дәндерінің құрамында Андерстің қышқылда ерімейтін қалдықтары бар екендігі белгілі болды. Нақты жұлдызшаларды табу және оларды құжаттау - бұл түйіршіктердің орналасуын және олардың изотоптарының қызыл алып жұлдызға сәйкес келетіндігін көрсетуді талап ететін қиын мәселе болды. Он ксенонды тасымалдағыштардың жеке дәндерін бөліп алу үшін онжылдықта қарқынды эксперименттік іздеулер жүргізілді. Жұлдызды жұлдызды табу үшін шын мәнінде бір дәндегі атомдардың аз мөлшерін өлшей алатын масс-спектрометрдің жаңа түрі қажет болды. Шашыратқыш ионды зондтарды осындай зертхананы көрсету үшін бірнеше зертханалар іздеді. Бірақ қазіргі заманғы иондық зондтар технологиялық жағынан жақсаруы керек еді.

1987 жылы алмас дәндері[11] және кремний карбидінің дәндері[12] сол қышқылда ерімейтін қалдықтарда көп болатындығы, сондай-ақ асыл газдардың үлкен концентрациясы бар екендігі анықталды. Маңызды изотоптық ауытқулар өз кезегінде жақсартумен өлшенді қайталама иондық масс-спектрометрия осы дәндердің құрылымдық химиялық элементтерінің ішінде.[13] Жақсартылған SIMS тәжірибелері көрсеткендей, әрбір SiC дәніндегі кремний изотоптарының күн изотоптық коэффициенттері жоқ, керісінше кейбір қызыл-алып жұлдыздарда күтілетін. Жұлдызды жұлдызды табу 1987 жылға жатады.[12] Микроскопиялық жұлдызды дәндердегі құрылымдық элементтердің (мысалы, SiC түйіршегіндегі кремнийдің) изотоптық молшылық коэффициенттерін өлшеу үшін екі қиын технологиялық және ғылыми қадамдар қажет болды: 1) метеориттің басым массасы шегінде микрон өлшемді жұлдыздар дәндерін орналастыру; 2) SIMS технологиясын микрон өлшемді дәндердегі изотоптық молшылық коэффициенттерін өлшеу үшін жеткілікті жоғары деңгейге дейін дамыту. Эрнст Циннер сөзсіз болды[пікір ] микроскопиялық дәндерге арналған SIMS қосымшаларының жетекшісі,[14] оған тарихи құрметке ие болды[пікір ].[15]

Презолярлы дәндері Мурчисон метеориті

2020 жылдың қаңтарында талдау Мурчисон метеориті табылды Австралия 1969 жылы Жердің 4,6 миллиард жылдық күнінен 5-7 миллиард жыл бұрын пайда болған жұлдыздар пайда болды, бұл метеор мен оның жұлдызын Жерде табылған ең көне қатты затқа айналдырды.[16][17][18]

Метеориттерде

Пресолярлық дәндер - бұл Күн пайда болғанға дейін жұлдызаралық газда болған қатты зат. Звезда компонентін зертханада олардың қалыптан тыс изотопты молдығымен анықтауға болады және тұрады отқа төзімді минералдар күннің құлауынан аман қалды тұман және кейінгі қалыптасуы планетимал.[19]

Метеорит зерттеушілері үшін пресолярлық дәндер термині метеориттерде кездесетін преолярлық дәндерді білдіреді, олар көбінесе жұлдыз. Көптеген басқа түрлері ғарыштық шаң метеориттерде анықталмаған. Пресолярлық жұлдыздар дәндері метеориттерде кездесетін бөлшектердің жалпы массасының шамамен 0,1 пайызын ғана құрайды. Мұндай дәндер ұсақ түйіршіктегі изотопты түрде ерекшеленетін материал болып табылады матрица туралы метеориттер, мысалы, қарабайыр хондриттер. [20] Метеориттен изотоптық айырмашылығы олардан бұрын болуын талап етеді Күн жүйесі. The кристалдық Бұл кластерлердің мөлшері микрометрге дейін кремний карбиді кристалдар (10-ға дейін)13 нанометрлік гауһар тасқа дейін (шамамен 1000 атом) және қабатсыз графен 100-ден аз атомдардан тұратын кристалдар. Отқа төзімді дәндер минералды құрылымына баяу салқындатылатын кеңейіп жатқан газдар ішінде термиялық конденсация арқылы қол жеткізді супернова және қызыл алып жұлдыздар. [20]

Сипаттама

Пресолярлық дәндерді сканерлеу немесе беру арқылы зерттейді электронды микроскоптар (SEM / TEM), және масс-спектрометриялық әдістер (газ масс-спектрометриясы, резонанстық ионизациялық масс-спектрометрия (RIMS), қайталама иондық масс-спектрометрия (SIMS, NanoSIMS)). Гауһар тастардан тұратын пресолярлық дәндер мөлшері бойынша бірнеше нанометрді құрайды, сондықтан нанодилмастар деп аталады. Наноалмаздардың мөлшері кішкентай болғандықтан, оларды зерттеу қиынға соғады, және олар алғашқы табылған пресолярлық дәндердің қатарына жатса да, олар туралы аз мәлімет бар. Басқа пресолярлық дәндердің типтік мөлшері микрометрлер аралығында.

Қазіргі уақытта келесі минералдардан тұратын пресолярлық дәндер анықталды:

  • гауһар (C) нанометрлік дәндер (~ 2,6 нанометр (1,0.)×10−7 диаметрі)[21] будың тұндыруынан пайда болуы мүмкін[22]
  • графит (C) бөлшектер мен аниондар,[23] кейбіреулері қабатсыз графен ядролар[24]
  • кремний карбиді (SiC) субмикрометрден микрометрге дейінгі дәндерге дейін. Пресолярлық SiC бір-полип типті дәндер немесе полип типті өсінділер түрінде кездеседі. Байқалған атомдық құрылымдарда екі төменгі ретті политиптер бар: алты бұрышты 2Н және кубтық 3С (қабаттасудың бұзылу деңгейінің әр түрлі дәрежесімен), сонымен қатар 1 өлшемді ретсіз SiC дәндері.[25] Салыстыру үшін синтезделген SiC жердегі зертханасында жүзден астам әр түрлі полиптер пайда болатыны белгілі.
  • титан карбиді (TiC) және C және SiC дәндерінің құрамындағы басқа карбидтер[26]
  • кремний нитриді (Si3N4)
  • корунд (Ал2O3)[27]
  • шпинель (MgAl2O4)[28]
  • гибонит ((Ca, Ce) (Al, Ti, Mg)12O19)[29]
  • титан оксиді (TiO2)
  • силикат минералдары (оливин және пироксен )

Жұлдыздар эволюциясы туралы ақпарат

Пресолярлық дәндерді зерттеу туралы ақпарат береді нуклеосинтез және жұлдызды эволюция.[30] «Изотоптық қолтаңбасы бар дәндерr-процесс " (ржылдам нейтронды ұстау) және альфа процесі (альфа ұстау) типтері модельдерді сынау кезінде пайдалы нуклеосинтез супернова жарылыстар.[31]

Мысалы, кейбір пресолярлық дәндердің (супернова дәндерінің) шектен тыс мөлшері өте көп кальций-44, кальцийдің тұрақты изотопы, ол әдетте кальций көптігінің тек 2% құрайды. Кейбір пресолярлық дәндердегі кальций негізінен тұрады 44Ca, бұл болжам бойынша қалдықтардың қалдықтары жойылған радионуклид титан-44, титан изотопы көп мөлшерде түзіледі II типтегі супернова сияқты SN 1987A төрт альфа-бөлшектерді тез басып алғаннан кейін 28Si, процестен кейін кремнийді жағу Әдетте, супернова жарылысы басталады. Алайда, 44Тидің жартылай шығарылу кезеңі бар-жоғы 59 жыл, демек ол көп ұзамай толығымен айналады 44Ca. Ұзақ өмір сүрген, бірақ жойылып кеткен ыдыраған өнімдердің артықшылығы, нуклидтер кальций-41 (жартылай шығарылу кезеңі 99,400 жыл) және алюминий-26 (730,000 жыл) осындай дәндерден де анықталған. Осы дәндердің тез жүретін изотоптық ауытқуларына салыстырмалы шамадан тыс мөлшері жатады азот-15 және оттегі-18 Күн жүйесінің көптігі, сондай-ақ нейтронға бай шамадан тыс тұрақты нуклидтер 42Ca және 49Ти.[32]

Басқа презолярлық дәндер (AGB жұлдызшалары) изотоптық және физикалық ақпарат береді асимптотикалық жiant бранч галактикадағы темірге қарағанда жеңіл, отқа төзімді элементтердің көп бөлігін жасаған жұлдыздар. Бұл бөлшектердегі элементтер әр түрлі уақытта (және жерлерде) Құс жолында жасалғандықтан, жиналған бөлшектер жиынтығы әрі қарай түсінік береді галактикалық эволюция Күн жүйесінің пайда болуына дейін.[33]

Қатты дәндер астық элементтерінің нуклеосинтезі туралы ақпарат берумен қатар, олар конденсацияланған физико-химиялық жағдайлар туралы және олар пайда болғаннан кейінгі оқиғалар туралы ақпарат береді. [33] Мысалы, қарастырайық қызыл алыптар - бұл біздің галактикадағы көміртектің көп бөлігін өндіреді. Олардың атмосфералары конденсация процестері жүру үшін жеткілікті салқын, нәтижесінде олардың атмосферасында қатты бөлшектердің (яғни, көміртек сияқты элементтердің бірнеше атомды агломерациясы) тұнбасы пайда болады. Бұл атмосфераға ұқсамайды Күн, бұл атомдардың күрделі молекулаларға айналуына мүмкіндік беру үшін өте ыстық. Заттың осы қатты бөлшектерін жұлдыз аралық ортаға айдайды радиациялық қысым. Демек, жұлдызды нуклеосинтездің қолтаңбасы бар бөлшектер (i) қызыл алып атмосферадағы конденсация процестері, (ii) сәулелену және қыздыру процестері туралы ақпарат береді. жұлдызаралық орта және (iii) галактика арқылы біздің Күн жүйесіне дейін элементтерін біз жеткізген бөлшектердің түрлері.[34]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Эрнст Циннер (1998) Жұлдыздар нуклеосинтезі және алғашқы метеориттерден алынған пресолярлық дәндердің изотоптық құрамы, Жер және планетарлық ғылымдардың жылдық шолуы 26:147-188.
  2. ^ T. J. Bernatowicz және R. M Walker (1997) Зертханадағы ежелгі жұлдыздар, Бүгінгі физика 50:1212, 26-32
  3. ^ Д.Д. Клейтон және Л.Р. Ниттлер, астрофизика пресолярлық жұлдыздармен, Астрономия мен астрофизиканың жылдық шолуы 42, 39-78 (2004)
  4. ^ D. C. Блэк және Р. О. Пепин (1969) Неонды метеориттер құрсауында ұстады. II., Жер планетасы. Ғылыми. Летт. 36, 377-394
  5. ^ Дж. Х. Рейнольдс және Г. Тернер (1964) Реназцо хондритіндегі сирек газдар, Дж. Гео. Физ. Res. 69, 3263-3281
  6. ^ Ксенонның тоғыз тұрақты изотоптары бар, олар массасы бойынша ерекшеленеді, өйткені олардың атом ядроларында нейтрондардың саны әртүрлі. Масс-спектрометр атомдық салмақтағы анықталған ксенон атомдарының санын A = 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134 және 136 жазады. Оларды үлгіні қыздыру кезінде бірнеше температуралық қадамдарда өлшеу арқылы бұл дәлелденді Тұтқындаған ксенонның жиынтықта әртүрлі компоненттері болды. Мұндай компоненттердің бірі ксенон деп алғашқы Күн жүйесінде пайда болған белгісіз аса ауыр ядроның бөлінуіне ұшыраған кезде жасалған деген болжам жасалды.
  7. ^ а б c Д. Клейтон, алдын-ала алынған мәселе: ерте күн жүйесінің кілті, астрофиз. H. 199, 765 (1975). Ай және планеталар 19, 109-137 (1978)
  8. ^ а б Д.Д. Клейтон және Р.А. Ward, s-процесс зерттеулері: ксенон және криптонның изотоптық молдығы, Астрофиздер. Дж. 224, 1000-1006 (1978). Бұл жұмыс 1975 жылы Геохимге ұсынылды. et Cosmochim Acta, бірақ сол кезде геохимияға қатысы жоқ деп шешілді. 1978 жылы Эдуард Андерс метеориттен шыққан көміртекті қалдықтардан таза к-ксенон газын таптым деп мәлімдегеннен кейін Astrophys J-ге қайта жіберілді.
  9. ^ DD Clayton, сөнген радиоактивтіліктер: преолярлық дәндердің қалдықтары, астрофиздер. J. 199, 765 (1975); DD Clayton, 22Na, Ne-E, жойылған радиоактивті аномалиялар және қолдауы жоқ 40Ar, Nature 257, 36 (1975)
  10. ^ Б.Сринивасан және Э.Андерс, Ғылым 201, 51-56 (1978)
  11. ^ Льюис RS, Танг М., Ваккер Дж.Ф., Андерс Э. және Стил Э. (1987) Метеориттердегі жұлдызаралық алмастар, Табиғат 326, 160-162
  12. ^ а б Бернатович, Т., Фраундорф, Г., Мин, Т., Андерс, Э., Вопенка, Б., Циннер, Е., және Франдорф, П. (1987) Мюррейлі көміртекті метеориттегі жұлдызаралық SiC үшін дәлел, Табиғат 330, 728.
  13. ^ Эрнст Циннер (1996) Зертханадағы жұлдыздар, Ғылым 271:5245, 41-42
  14. ^ Арнайы шығарылымы Метеоритика және планетарлық ғылым 42, No 7/8 (2007), Зиннердің 70-жылдығына орай рөлін құжаттайды. Кевин Маккиганның кіріспе мақаласын оқыңыз.
  15. ^ Зиннер 2015 жылы 78 жасында қайтыс болды. 2016 жылдың ақпанында оның некрологы Бүгінгі физика Дональд Клейтон Зиннердің SIMS ашылымдарымен байланысы туралы көбірек баяндайды.
  16. ^ «Жердегі ең көне материал метеориттен табылды». MSN. 13 қаңтар 2020.
  17. ^ Вайсбергер, Минди (13 қаңтар 2020). «7 миллиард жылдық жұлдыз жұлдызы жер бетінде табылған ең көне материал - бұл ежелгі дәндердің кейбіреулері біздің күнімізден миллиардтаған жас үлкен». Live Science. Алынған 13 қаңтар 2020.
  18. ^ Хек, Филипп Р .; т.б. (13 қаңтар 2020). «Пресолярлық кремний карбидінің ғарыштық сәулелену жасындағы жұлдызаралық шаңның өмір сүру уақыты». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері. 117 (4): 1884–1889. Бибкод:2020PNAS..117.1884H. дои:10.1073 / pnas.1904573117. PMC  6995017. PMID  31932423.
  19. ^ Мария Лугаро (2005) Метеориттерден асып түсу: презолярлық дәндерге кіріспе (World Scientific, NY) ISBN  981-256-099-8
  20. ^ а б «Бұл ежелгі жұлдыз жұлдыздарда тексерілген ең ежелгі болып табылады». Ғылым жаңалықтары. 13 қаңтар 2020. Алынған 14 қаңтар 2020.
  21. ^ П.Франдорф, Г.Франдорф, Т.Бернатович, Р. Льюис және М. Танг (1989) Ультрамикроскопия 27:401–412.
  22. ^ T. L. Daulton, D. D. Eisenhour, T. J. Bernatowicz, R. S. Lewis and P. R. Buseck (1996) Пресолярлық алмастардың генезисі: метеоритикалық және жердегі нано-алмастарды салыстырмалы жоғары ажыратымдылықты электронды микроскопиялық зерттеу, Geochimica et Cosmochimica Acta 60:23, 4853-4872
  23. ^ Т.Бернатович, Р.Ковсик, П.С.Гиббонс, К.Лоддерс, Б.Фегли кіші, С.Амари және Р.С.Льюис (1996) Мурчисон метеоритіндегі пресолярлық графиттен жұлдыздық астық түзілуіндегі шектеулер, Ап. Дж. 472:760-782
  24. ^ П.Фраундорф және М.Вакенхут (2002) Күнге дейінгі графит аниондарының негізгі құрылымы, Ап. Дж. Летт. 578: 2, L153-156
  25. ^ Долтон, Т .; Бернатович, Т. Дж .; Льюис, Р.С .; Мессенджер, С .; Стадерманн, Ф. Дж .; Amari, S. (маусым 2002). «Кремний карбидіндегі жұлдыздардың полиптерінің таралуы». Ғылым. 296 (5574): 1852–1855. Бибкод:2002Sci ... 296.1852D. дои:10.1126 / ғылым.1071136. PMID  12052956. S2CID  208322.
  26. ^ T. Bernatowicz, S. Amari, E. Zinner, and R. Lewis (1991) Пресолярлық дәндер ішіндегі пресолярлық дәндер, Ап Дж Летт, 373: L73
  27. ^ Хатчён, И.Д .; Гусс, Г.Р .; Фахей, А. Дж .; Вассерберг, Дж. Дж. (1994). «Orgueil корундындағы экстремалды Mg-26 және O-17 байытулары: оксидтің пресолярлық дәнін анықтау» (PDF). Astrophysical Journal Letters. 425 (2): L97-L100. Бибкод:1994ApJ ... 425L..97H. дои:10.1086/187319.
  28. ^ Э.Зиннер, С.Амари, Р.Гиннес, А.Нгуен, Ф.Ж.Стадерманн, Р.М.Уолкер және Р.С.Льюис (2003) Мюррей және Мурчисон көміртекті хондриттерінен алынған пресолярлық шпинель дәндері, Geochimica et Cosmochimica Acta 67:24, 5083-5095
  29. ^ T. R. Ireland (1990) Мурчисон көміртекті хондритінен гибонит бар отқа төзімді қосындылардағы пресолярлық изотоптық және химиялық қолтаңбалар, Geochmica et Cosmochimica Acta 54:3219-3237
  30. ^ Клейтон, Дональд Д. және Ларри Р. Ниттлер (2004) астрофизика, пресолярлық жұлдыздармен, Астрономия мен астрофизиканың жылдық шолуы 42:39-78
  31. ^ «Жердегі ең көне материал табылды». bbc.co.uk. 13 қаңтар 2020. Алынған 14 қаңтар 2020.
  32. ^ МакСвин, Гарри; Гари Р.Гусс (2010). Космохимия (1-ші басылым). Кембридж университетінің баспасы. ISBN  978-0-521-87862-3. 139 бет
  33. ^ а б Беннетт, Джей. «Метеорит дәндері - жер бетіндегі ең көне қатты зат». Smithsonian журналы. Алынған 14 қаңтар 2020.
  34. ^ «Жердегі ең көне материал Күн жүйесінен ескі». www.sciencealert.com. Алынған 14 қаңтар 2020.

Сыртқы сілтемелер