เครดิตรูปภาพ: WUSTL
Ann Nguyen เลือกโครงการที่มีความเสี่ยงสำหรับการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเธอที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ ทีมมหาวิทยาลัยได้ร่อนผ่านอุกกาบาต 100,000 เม็ดเพื่อค้นหาละอองดาวชนิดใด ปราศจากความสำเร็จ.
ในปี 2000 เหงียนตัดสินใจลองอีกครั้ง ประมาณ 59,000 เม็ดต่อมาการตัดสินใจที่กล้าหาญของเธอจ่ายออกไป ในบทความวิทยาศาสตร์ฉบับวันที่ 5 มีนาคมเหงียนและที่ปรึกษาของเธอเอิร์นส์เคซินเนอร์, Ph.D. , ศาสตราจารย์ด้านการวิจัยฟิสิกส์และโลกและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ทั้งในศิลปะและวิทยาศาสตร์ ธัญพืชซิลิเกต presolar? จากอุกกาบาตดั้งเดิมที่สุดที่รู้จัก
“ การค้นพบพรีออร์กซิลิเกตในอุกกาบาตบอกเราว่าระบบสุริยจักรวาลเกิดจากก๊าซและฝุ่นบางอันไม่เคยร้อนมากแทนที่จะมาจากเนบิวลาดวงอาทิตย์ที่ร้อน” Zinner กล่าว “ การวิเคราะห์ธัญพืชดังกล่าวให้ข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งที่มาของดาวฤกษ์กระบวนการนิวเคลียร์ในดาวฤกษ์และองค์ประกอบทางกายภาพและทางเคมีของชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์”
ในปี 1987 Zinner และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันและกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกพบละอองดาวครั้งแรกในอุกกาบาต เมล็ดธัญพืชเหล่านี้เป็นจุดของเพชรและซิลิคอนคาร์ไบด์ แม้ว่าจะมีการค้นพบชนิดอื่นในอุกกาบาต แต่ก็ไม่มีซิลิเกตสารประกอบของซิลิคอนออกซิเจนและองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นแมกนีเซียมและเหล็ก
“ นี่เป็นปริศนาที่ค่อนข้างลึกลับเพราะเรารู้จากสเปคตรัมทางดาราศาสตร์ว่าเม็ดซิลิเกตดูเหมือนจะเป็นธัญพืชที่อุดมด้วยออกซิเจนมากที่สุดที่เกิดขึ้นในดาว” เหงียนกล่าว “ แต่จนถึงตอนนี้เมล็ดธัญพืชของซิลิเกตถูกแยกออกจากตัวอย่างฝุ่นของดาวเคราะห์จากดาวหางเท่านั้น
ระบบสุริยะของเราก่อตัวขึ้นจากกลุ่มเมฆก๊าซและฝุ่นที่ถูกพ่นออกสู่อวกาศโดยการระเบิดยักษ์ใหญ่และซุปเปอร์โนวา บางส่วนของฝุ่นนี้ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์น้อยและอุกกาบาตก็เป็นชิ้นส่วนที่หลุดออกจากดาวเคราะห์น้อย อนุภาคส่วนใหญ่ในอุกกาบาตมีลักษณะคล้ายกันเนื่องจากฝุ่นจากดาวที่แตกต่างกันกลายเป็นเนื้อเดียวกันในนรกที่มีรูปร่างระบบสุริยะ อย่างไรก็ตามตัวอย่างที่บริสุทธิ์ของดาวฤกษ์บางดวงก็ถูกขังอยู่ลึกเข้าไปในอุกกาบาตบางแห่ง ธัญพืชที่อุดมด้วยออกซิเจนสามารถรับรู้ได้จากอัตราส่วนไอโซโทปออกซิเจนที่ผิดปกติ
เหงียนนักศึกษาปริญญาโทในโลกและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์วิเคราะห์เกี่ยวกับ 59,000 เม็ดจาก Acfer 094 ซึ่งเป็นอุกกาบาตที่พบในทะเลทรายซาฮาร่าในปี 1990 เธอแยกธัญพืชในน้ำแทนสารเคมีที่รุนแรงซึ่งสามารถทำลายซิลิเกตได้ นอกจากนี้เธอยังใช้หัววัดไอออนชนิดใหม่ที่เรียกว่า NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer) ซึ่งสามารถแก้ไขวัตถุที่เล็กกว่าไมโครมิเตอร์ (หนึ่งในล้านของหนึ่งเมตร)
Zinner และ Frank Stadermann, Ph.D. , นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์อวกาศที่มหาวิทยาลัยช่วยออกแบบและทดสอบ NanoSIMS ซึ่งผลิตโดย CAMECA ในปารีส ด้วยค่าใช้จ่าย 2 ล้านดอลลาร์มหาวิทยาลัยวอชิงตันได้เข้าซื้อเครื่องดนตรีชิ้นแรกของโลกในปี 2544
โพรบไอออนจะส่งลำแสงของไอออนไปยังจุดหนึ่งบนตัวอย่าง ลำแสงทำให้อะตอมบางส่วนหลุดออกมาซึ่งบางส่วนก็กลายเป็นไอออน ลำแสงที่สองของไอออนนี้จะเข้าสู่แมสสเปคโตรมิเตอร์เพื่อตรวจจับไอโซโทปพิเศษ ดังนั้นโพรบไอออนสามารถระบุธัญพืชที่มีสัดส่วนไอโซโทปสูงหรือต่ำผิดปกติ
แตกต่างจากไอออนโพรบอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม NanoSIMS สามารถตรวจจับไอโซโทปต่าง ๆ ได้ห้าแบบพร้อมกัน ลำแสงสามารถเคลื่อนที่โดยอัตโนมัติจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งเพื่อให้สามารถวิเคราะห์ธัญพืชได้หลายแสนหรือหลายพันในการตั้งค่าการทดลองเดียว “ NanoSIMS มีความสำคัญต่อการค้นพบนี้” Zinner กล่าว “ ธัญพืชซิลิเกต presolar เหล่านี้มีขนาดเล็กมาก? เพียงเศษเสี้ยวของไมโครมิเตอร์ ความละเอียดเชิงพื้นที่ของเครื่องมือสูงและความไวสูงทำให้การวัดเหล่านี้เป็นไปได้”
การใช้ลำแสงหลักของซีเซียมไอออนทำให้เหงียนตรวจวัดปริมาณไอโซโทปออกซิเจนสามอย่างอย่างระมัดระวัง? 16O, 17O และ 18O? เธอศึกษาธัญพืชแต่ละชนิด เก้าเม็ดที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 0.1 ถึง 0.5 ไมโครเมตรมีอัตราส่วนไอโซโทปออกซิเจนที่ผิดปกติและอุดมไปด้วยซิลิคอนสูง ธัญพืชซิลิเกต presolar เหล่านี้แบ่งออกเป็นสี่กลุ่ม ห้าเม็ดได้รับการเสริมสมรรถนะใน 17O และลดลงเล็กน้อยใน 18O ซึ่งบอกว่าการผสมอย่างลึกในดาวยักษ์แดงหรือ asymptotic ดาวสาขามีหน้าที่ในการจัดองค์ประกอบของไอโซโทปออกซิเจน
เม็ดหนึ่งหมดลงอย่างมากใน 18O และดังนั้นจึงน่าจะเกิดขึ้นในดาวมวลต่ำเมื่อวัสดุพื้นผิวลงสู่พื้นที่ที่ร้อนพอที่จะรองรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ อีกส่วนหนึ่งได้รับการตกแต่งใน 16O ซึ่งเป็นลักษณะของธัญพืชจากดาวฤกษ์ที่มีองค์ประกอบน้อยกว่าฮีเลียมมากกว่าดวงอาทิตย์ของเรา ธัญพืชสองเม็ดสุดท้ายได้รับการเสริมสมรรถนะทั้งใน 17O และ 18O ดังนั้นอาจมาจากซุปเปอร์โนวาหรือดาวฤกษ์ที่อุดมไปด้วยธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมเมื่อเปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์ของเรา
ด้วยการได้รับพลังงานเอ็กซเรย์กระจายพลังงาน Nguyen จึงพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีที่น่าจะเป็นของเมล็ดธัญพืชทั้งหก ดูเหมือนว่าจะมีสองโอลิวีนและสองไพโรเจนซึ่งประกอบด้วยออกซิเจนแมกนีเซียมเหล็กและซิลิกอน แต่มีอัตราส่วนต่างกัน ที่ห้าคือซิลิเกตที่อุดมด้วยอลูมิเนียมและที่หกนั้นอุดมไปด้วยออกซิเจนและเหล็กและอาจเป็นแก้วที่มีโลหะฝังตัวและซัลไฟด์
ความโดดเด่นของธัญพืชที่อุดมด้วยธาตุเหล็กเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเหงียนกล่าวเนื่องจากสเปกตรัมทางดาราศาสตร์ตรวจพบธัญพืชที่อุดมด้วยแมกนีเซียมมากกว่าธัญพืชที่มีธาตุเหล็กในชั้นบรรยากาศรอบดาวฤกษ์ “ อาจเป็นไปได้ว่าเหล็กถูกรวมอยู่ในธัญพืชเหล่านี้เมื่อระบบสุริยะกำลังก่อตัวขึ้น” เธออธิบาย
ข้อมูลรายละเอียดเกี่ยวกับละอองดาวพิสูจน์ว่าวิทยาศาสตร์อวกาศสามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการ Zinner กล่าว “ การวิเคราะห์จุดเล็ก ๆ เหล่านี้สามารถให้ข้อมูลแก่เราเช่นรายละเอียดอัตราส่วนไอโซโทปซึ่งไม่สามารถหาได้โดยเทคนิคดั้งเดิมของดาราศาสตร์” เขากล่าวเสริม
เหงียนวางแผนที่จะดูอัตราส่วนของไอโซโทปซิลิกอนและแมกนีเซียมในเก้าธัญพืช เธอต้องการวิเคราะห์อุกกาบาตประเภทอื่น “ Acfer 094 เป็นหนึ่งในอุกกาบาตดั้งเดิมที่พบมากที่สุด” เธอกล่าว “ ดังนั้นเราคาดหวังว่ามันจะมีธัญพืชมากมายล่วงหน้า โดยการดูอุกกาบาตที่ผ่านกระบวนการมากขึ้นเราสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่สามารถทำลายธัญพืชเหล่านั้นได้”
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว WUSTL
