Imagen de microscopio electrónico de un grano de polvo de estrellas de carburo de silicio, SiC, del tamaño de una micra (abajo a la derecha) extraído de un meteorito primitivo. Los granos de polvo de estrellas están cubiertos con materia orgánica meteórica en la superficie (sustancia pegajosa oscura en el lado izquierdo del grano). Dichos granos se formaron hace más de 4.600 millones de años en vientos fríos que se perdieron de la superficie de estrellas de baja masa y ricas en carbono cerca del final de sus vidas, ejemplificado aquí (arriba a la izquierda) por la imagen del Telescopio Espacial Hubble de una rama gigante asintótica. estrella. Yo Camelopardalis. El análisis de laboratorio de estos granos de polvo fino proporciona información única sobre las reacciones nucleares en estrellas de baja masa y su evolución. (1 mm es una millonésima parte de un metro) Crédito: NASA, Nan Liu y Andrew Davis

Algunos meteoritos prístinos contienen un registro de los bloques de construcción originales del sistema solar, incluidos los granos que se formaron en estrellas antiguas que murieron antes de que se formara el sol. Uno de los mayores desafíos al estudiar estos granos pre-solares es determinar de qué tipo de estrella proviene cada grano.

Nan Liu, profesora asistente de investigación de física en artes y ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis, es la primera autora de un nuevo estudio en Astrophysical Journal Letters que analiza una variedad de granos pre-solares con el objetivo de investigar sus verdaderos orígenes estelares. .

Liu y su equipo utilizaron un espectrómetro de masas reciente llamado NanoSIMS para medir isótopos de una variedad de elementos, incluidos los isótopos N y Mg-Al en granos de carburo de silicio (SiC) pre-solares. Mejorando sus protocolos analíticos y utilizando nueva generación plasma La fuente de los iones, los científicos pudieron visualizar sus muestras con una mejor resolución espacial que la que se podría lograr con estudios previos.

Imágenes NanoSIMS de granos de SiC. El panel superior muestra imágenes capturadas con una resolución espacial de ~ 1 μm, que es la resolución típica de análisis anteriores. El panel inferior muestra las mismas imágenes de iones de granos capturados a una resolución espacial de 100 nm, la resolución alcanzada en este estudio. Crédito: Imagen cortesía de Nan Liu

«Los granos pre-solares han estado incrustados en meteoritos durante 4.600 millones de años, a veces cubiertos con material solar en la superficie», dijo Liu. «Con una resolución espacial mejorada, nuestro equipo pudo ver la contaminación de Al en la superficie de un grano y obtener firmas estelares verdaderas al incluir señales solo del núcleo del grano mientras se reducen los datos».

Los científicos rociaron los granos con un haz de iones durante períodos prolongados de tiempo para revelar superficies de grano internas limpias para sus análisis isotópicos. Los investigadores encontraron que las proporciones de isótopos N de la misma perla aumentaron significativamente después de que la perla se expuso a una niebla iónica extendida.

Rara vez se pueden medir las proporciones isotópicas de las estrellas, pero los isótopos C y N son excepciones. Los nuevos datos de isótopos de C y N para los gránulos presolares informados en este estudio asocian directamente los gránulos con diferentes tipos de estrellas de carbono en función de las proporciones isotópicas observadas de estas estrellas.

«Los nuevos datos isotópicos obtenidos en este estudio son emocionantes para los físicos estelares y astrofísicos nucleares como yo», dijo el coautor del estudio Maurizio Busso, de la Universidad de Perugia en Italia. «De hecho, las proporciones de isótopos N ‘exóticos’ de los granos de SiC pre-solares en las últimas dos décadas han sido una preocupación notable. Los nuevos datos explican la diferencia entre lo que estaba originalmente presente en los granos de polvo de estrellas pre-ártico y lo que se adjuntó posteriormente , resolviendo así un enigma de larga data en la Sociedad «.

El estudio también incluye una exploración importante del isótopo radiactivo del aluminio 26 (²⁶Al), una importante fuente de calor durante la evolución de los cuerpos planetarios jóvenes en el sistema solar temprano y también en otros sistemas extrasolares. Los científicos concluyeron la existencia inicial de grandes cantidades de ²⁶Al en todos los granos medidos, según lo predicho por los modelos actuales. El estudio determinó cuánto ²⁶Al fue producido por las «estrellas madre» del grano que midieron. Liu y sus colaboradores concluyen que las predicciones del modelo astral de ²⁶Al es muy alto al menos 2 veces, en comparación con los datos de grano.

Liu señaló que las compensaciones del modelo de datos probablemente indiquen la incertidumbre en las tasas de reacción nucleares relevantes y motivará a los físicos nucleares a buscar mejores mediciones de estas tasas de reacción en el futuro.

Los hallazgos del equipo vinculan algunos de los granos pre-solares de este grupo con estrellas de carbono menos conocidas con composiciones químicas extrañas.

Los datos isotópicos de granos indican procesos de combustión de hidrógeno que ocurren en tales estrellas de carbono a temperaturas más altas de lo esperado. Esta información ayudará a los astrofísicos a construir modelos estelares para comprender mejor la evolución de estos cuerpos estelares.

«A medida que aprendemos más sobre las fuentes del polvo, podemos obtener conocimientos adicionales sobre la historia del universo y cómo evolucionaron los diversos cuerpos estelares que contiene», dijo Liu.

Referencia: “Nuevas composiciones isotópicas de múltiples elementos de granos de SiC pre-solares: implicaciones para sus orígenes estelares” por Nan Liu, Jens Baruch, Larry R. Neteller y Connell M. Odd. Alexander, Jianhua Wang, Sergio Cristallo, Maurizio Bosso y Sarah Palmerini, 12 de octubre de 2021, Cartas de revistas astrofísicas.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac260b

Nan Liu, Baruch Janes, Larry R. Nettler, Connell M. Odd. Alexander, Jianhua Wang, Sergio Cristallo, Maurizio Bosso, Sarah Palmerini (2021). Nuevas composiciones isotópicas multielemento de granos de SiC pre-solares: implicaciones para sus orígenes estelares. Astrophysical Journal Letters, en prensa.