Esculpido por la luz de las estrellas: un meteorito testigo del nacimiento del sistema solar

En 2011, los científicos confirmaron una sospecha: hubo una división en el cosmos local. Las muestras del viento solar traídas de regreso a la Tierra por la misión Génesis definitivamente determinados isótopos de oxígeno en el sol difieren de los encontrados en la Tierra, la Luna y los otros planetas y satélites del sistema solar.

Al principio de la historia del sistema solar, el material que luego se fusionaría en planetas había recibido una fuerte dosis de luz ultravioleta , lo que puede explicar esta diferencia. ¿De dónde vino? Surgieron dos teorías: o la luz ultravioleta provenía de nuestro entonces joven sol, o provenía de una gran estrella cercana en el vivero estelar del sol.

Ahora, investigadores del laboratorio de Ryan Ogliore, profesor asistente de física en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis, han determinado quién fue el responsable de la división. Lo más probable es que haya sido la luz de una estrella masiva muerta hace mucho tiempo lo que dejó esta impresión en los cuerpos rocosos del sistema solar. El estudio fue dirigido por Lionel Vacher, investigador asociado postdoctoral en el Laboratorio de Ciencias Espaciales del Departamento de Física.

Sus resultados se publican en la revista Geochimica et Cosmochimica Acta .

“Sabíamos que nacimos del polvo de estrellas : es decir, el polvo creado por otras estrellas en nuestro vecindario galáctico era parte de los bloques de construcción del sistema solar”, dijo Ogliore.

“Pero este estudio mostró que la luz de las estrellas también tuvo un efecto profundo en nuestros orígenes”.

Pequeña cápsula del tiempo

Toda esa profundidad estaba empaquetada en apenas 85 gramos de roca, un trozo de un asteroide encontrado como meteorito en Argelia en 1990, llamado Acfer 094. Los asteroides y planetas se formaron a partir del mismo material presolar, pero han sido influenciados por diferentes procesos naturales. Los bloques de construcción rocosos que se fusionaron para formar asteroides y planetas se rompieron y destrozaron; vaporizado y recombinado; y comprimido y calentado. Pero el asteroide del que proviene Acfer 094 logró sobrevivir durante 4.600 millones de años, en su mayoría ileso.

“Este es uno de los meteoritos más primitivos de nuestra colección”, dijo Vacher. “No se calentó significativamente. Contiene regiones porosas y pequeños granos que se formaron alrededor de otras estrellas. Es un testigo confiable de la formación del sistema solar”.

Acfer 094 es también el único meteorito que contiene simplectita cósmica, un intercrecimiento de óxido de hierro y sulfuro de hierro con isótopos de oxígeno extremadamente pesados, un hallazgo significativo.

El sol contiene aproximadamente un 6% más del isótopo de oxígeno más ligero en comparación con el resto del sistema solar. Eso puede explicarse por la luz ultravioleta que brilla sobre los componentes básicos del sistema solar, rompiendo selectivamente el gas de monóxido de carbono en sus átomos constituyentes. Ese proceso también crea un depósito de isótopos de oxígeno mucho más pesados. Hasta la simplectita cósmica, sin embargo, nadie había encontrado esta firma de isótopos pesados ​​en muestras de materiales del sistema solar.

Sin embargo, con solo tres isótopos, simplemente encontrar los isótopos pesados ​​de oxígeno no fue suficiente para responder a la pregunta del origen de la luz. Diferentes espectros ultravioleta podrían haber creado el mismo resultado.

“Fue entonces cuando a Ryan se le ocurrió la idea de los isótopos de azufre”, dijo Vacher.

Los cuatro isótopos del azufre dejarían sus marcas en diferentes proporciones dependiendo del espectro de luz ultravioleta que irradiaba gas de sulfuro de hidrógeno en el sistema proto-solar. Una estrella masiva y una estrella joven similar al sol tienen diferentes espectros ultravioleta.

La simplectita cósmica se formó cuando los hielos del asteroide se derritieron y reaccionaron con pequeños trozos de metal de hierro y níquel. Además del oxígeno, la simplectita cósmica contiene azufre en sulfuro de hierro. Si su oxígeno fue testigo de este antiguo proceso astrofísico, que condujo a los isótopos pesados ​​del oxígeno, tal vez su azufre también lo hizo.

“Desarrollamos un modelo”, dijo Ogliore. “Si tuviera una estrella masiva, ¿qué anomalías isotópicas se crearían? ¿Qué pasa con una estrella joven similar al sol? La precisión del modelo depende de los datos experimentales. Afortunadamente, otros científicos han realizado grandes experimentos sobre lo que sucede con los isótopos proporciones cuando el sulfuro de hidrógeno se irradia con luz ultravioleta “.

Las mediciones de isótopos de azufre y oxígeno de la simplectita cósmica en Acfer 094 resultaron otro desafío. Los granos, de decenas de micrómetros de tamaño y una mezcla de minerales, requirieron nuevas técnicas en dos espectrómetros de masas de iones secundarios in situ diferentes: el NanoSIMS en el departamento de física (con la ayuda de Nan Liu, profesor asistente de investigación en física) y el 7f-GEO en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias, también en Artes y Ciencias.

Armar el rompecabezas

Ayudó a tener amigos en ciencias terrestres y planetarias, en particular David Fike, profesor de ciencias terrestres y planetarias y director de Estudios Ambientales en Artes y Ciencias, así como director del Centro Internacional de Energía, Medio Ambiente y Sostenibilidad, y Clive Jones, investigación científico en ciencias terrestres y planetarias.

“Son expertos en mediciones de isótopos de azufre in situ de alta precisión para biogeoquímica”, dijo Ogliore. “Sin esta colaboración, no hubiéramos logrado la precisión que necesitábamos para diferenciar entre el sol joven y los escenarios de estrellas masivas”.

Las mediciones de isótopos de azufre de la simplectita cósmica eran consistentes con la irradiación ultravioleta de una estrella masiva, pero no se ajustaban al espectro ultravioleta del sol joven. Los resultados ofrecen una perspectiva única del entorno astrofísico del nacimiento del sol hace 4.600 millones de años. Es probable que las estrellas masivas vecinas estuvieran lo suficientemente cerca como para que su luz afectara la formación del sistema solar. Una estrella masiva tan cercana en el cielo nocturno parecería más brillante que la luna llena.

Hoy, podemos mirar al cielo y ver una historia de origen similar en otras partes de la galaxia.

“Vemos sistemas planetarios nacientes, llamados proplyds, en la nebulosa de Orión que están siendo fotoevaporados por la luz ultravioleta de las estrellas O y B masivas cercanas”, dijo Vacher.

“Si los proplyds están demasiado cerca de estas estrellas, pueden romperse y los planetas nunca se forman. Ahora sabemos que nuestro propio sistema solar en su nacimiento estaba lo suficientemente cerca como para verse afectado por la luz de estas estrellas”, dijo. “Pero afortunadamente, no demasiado cerca”. Este trabajo fue apoyado por el Centro McDonnell de Ciencias Espaciales de la Universidad de Washington en St. Louis y la beca de la NASA NNX14AF22G.

 

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