Это самые старые вещи, к которым можно прикоснуться.
Пылинки, подобные этим, из туманности Яйцо, возможно, пережили формирование Солнечной системы и добрались до Чикаго относительно неповрежденными. НАСА/ЕКА и группа наследия Хаббла STScI/AURA
Если у космоса есть один навык, то это алхимия: способность превращать одно вещество в другое. Звезды создают более крупные атомы из более мелких и выбрасывают металлы и пыль, когда умирают. Гравитация формирует из этой пыли миры. А на геологически активных планетах, таких как Земля, камни и минералы постоянно меняют форму, поскольку они разрушаются под воздействием погодных условий, засасываются в глубины мантии, плавятся и извергаются обратно на поверхность.
Объекты, которым каким-то образом удалось избежать этого постоянного оттока, мы называем старыми. Например, самые старые горные кристаллы Земли пережили почти всю 4,5-миллиардную историю планеты. Однако вернитесь еще дальше, и вы упретесь в стену. Солнечная система возникла из частиц пыли, дрейфующих в космосе около 4,6 миллиарда лет назад, а затем энергия молодого солнца взорвала все вокруг, так что трудно достать что-то более старое.
Сложно, но возможно. Самые твердые частицы межзвездной пыли пережили формирование Солнца и его юные вспышки достаточно долго, чтобы встроиться в астероиды, где они дремали в процессе формирования планет и эволюции жизни. Некоторые из этих крупинок в конце концов попали на Землю на борту метеоритов, где группа терпеливых исследователей провела последние тридцать лет, находя их и переплавляя, чтобы раскрыть секреты их глубокого космического прошлого, одно из которых насчитывает семь миллиардов лет., почти половина возраста самой Вселенной.
«Я думаю, что изучать историю галактики с помощью камня - это просто увлекательно», - говорит Филипп Хек, космохимик из Филдовского музея естественной истории в Чикаго и соавтор недавно опубликованной работы, подробно описывающей истории зерна.
В то время как большая часть местного метеоритного материала образовалась вместе с Солнцем и остальной частью Солнечной системы 4,6 миллиарда лет назад, примерно от одной миллионной до одной миллиардной части веса космического камня приходится на микроскопические зерна почти неразрушимого минерала, называемого карбидом кремния. «[Это] невероятно прочно, - говорит Фрэнк Джингард, исследователь наноразмеров из Гарвардской медицинской школы и соавтор, - как алмаз». Эти крошечные пятна представляют собой последние неизменившиеся члены облаков звездной пыли, которые сформировали солнце и планеты.
После обнаружения этих зерен в 1987 году группа из Чикагского университета разработала рецепт их извлечения, который Хек сравнивает с «сожжением стога сена, чтобы найти иголку». В 1990 году они измельчили 88 граммов большого космического камня, известного как метеорит Мерчисон, используя кислоту вместе с другими едкими ингредиентами, которые растворяли более хрупкие минералы. В итоге они получили несколько десятков зерен карбида кремния, достаточно больших для анализа, что в данном случае означает примерно одну десятую ширины человеческого волоса. Затем исследователи потратили почти 30 лет на разработку и совершенствование методов, необходимых для изучения добычи.
Чтобы датировать объект старше Солнечной системы, вам нужен предсказуемый процесс - часы, которые постепенно изменяют объект с течением времени. Исследователи остановились на космических лучах, быстрых частицах, которые время от времени врезаются в пылинки, плывущие в космосе. Для раннего анализа они оценили, как часто это происходило, но для недавнего отчета, опубликованного в понедельник в PNAS, команда использовала реальные измерения космических лучей с космических кораблей «Вояджер», которые недавно вышли в межзвездное пространство.
Мощные космические лучи расщепляют частицы зёрен, разбрасывая осколки во все стороны, как биток, разбивающий стойку в бильярде. Некоторые фрагменты теряются в космосе, но кристаллическая структура карбида кремния улавливает другие, такие как определенные типы гелия и неона. Расплавив кристаллы и подсчитав эти осколки, Хек и его коллеги смогли вычислить, как долго частицы провели в космосе под воздействием космических лучей - «значительное достижение», по словам Яна Лейтнера, изучающего межзвездную пыль в Макс. Планка в Германии и не принимал участия в исследованиях.
Новая работа устанавливает наиболее точный возраст инопланетных зерен песка, что является наградой за кропотливый повторный анализ данных из более старой партии зерен наряду с новыми исследованиями ранее не изученной группы зерен. Несколько пылинок, кажется, дрейфовали в одиночестве в течение миллиардов лет, но большинство частиц пыли, по-видимому, провели всего лишь миллионы лет, купаясь в космических лучах, как будто что-то выплюнуло их всех в космос сразу, незадолго до того, как они помогли сформироваться. Солнечная система. Исследователи предполагают, что этот очевидный всплеск содержания пыли подтверждает астрономические доказательства скромного «бэби-бума» в звездообразовании, который мог произойти около семи миллиардов лет назад. Эти звезды выбросили шлейфы пыли, когда они умерли несколько миллиардов лет спустя, засеяв область материалом, который в скором времени станет нашей Солнечной системой.
Связывание нашего происхождения с этим гипотетическим бэби-бумом, основанным на грубом возрасте нескольких десятков минеральных зерен, остается обязательно спекулятивным, но Лейтнер находит доводы команды убедительными. «Исследование позволяет заглянуть за пределы формирования Солнца и нашей планетарной системы, в галактическую историю Солнечной окрестности», - говорит он.
Чтобы укрепить свои доводы и, возможно, даже найти свидетельства незарегистрированных эпизодов дополнительного звездообразования в более глубоком прошлом, Хек говорит, что с нетерпением ждет поиска новых зерен карбида кремния. Хотя уничтожение небольших горстей метеоритов и расплавление самых длинных уцелевших структур нашей Солнечной системы заставляет его чувствовать себя немного грустно, в музее Филда все еще есть десятки фунтов метеорита Мерчисона, которые группа может исследовать медленно и тщательно.«У нас есть огромный репозиторий, - говорит Хек. «Мы хотим, чтобы будущие поколения имели к ним доступ».