شهاب‌سنگ باستانی اطلاعاتی از تشکیل منظومه‌ی شمسی در خود ذخیره کرده است
دانشمندان با استفاده از یک روش تجزیه‌وتحلیل جدید موفق شدند منشأ اسرارآمیز دانه‌های یک شهاب‌سنگ باستانی با قدمت پیش از تشکیل منظومه‌ی شمسی را کشف و اطلاعات آن را تفسیر کنند.
قدیمی‌ترین ماده‌ای که روی زمین کشف شده است حالا شاید سرنخ‌هایی از تاریخ پیش از منظومه‌ی شمسی در اختیار ما قرار دهد. بشر اکنون قطعه‌های شهاب‌سنگی کهن را در اختیار دارد که با قدمت ۷ میلیارد سال، سن آن‌ها قدیمی‌تر از منظومه‌ی شمسی است و با نام «دانه‌های پیش‌خورشیدی» (Presolar Grains) شناخته می‌شوند.
این دانه‌ها در ستارگان باستانی که پیش از تولد خورشید ما مرده‌اند، تشکیل شده‌اند اما هنوز هم ستارگان مشابهی در کیهان وجود دارند و تجزیه‌وتحلیل اطلاعات ذخیره شده در شهاب‌سنگ، می‌تواند نگرش جالبی درباره‌ی شیمی این نوع ستارگان ارائه دهد.
پیش از این پژوهشگران سعی کرده بودند که دانه‌های پیش‌خورشیدی را در شهاب‌سنگ‌ها تجزیه‌وتحلیل کنند اما اکنون «نان لیو» (Nan Liu) استادیار فیزیک دانشگاه واشنگتن در مقاله‌ای جدید که ۱۲ اکتبر (۲۴ مهر) در نشریه‌ی «استروفیزیکال ژورنال» (Astrophysical Journal Letters) منتشر شده، اعتقاد دارد روش‌های اولیه‌ی مطالعه‌ی این دانه‌ها بسیار نادرست بوده‌اند.
لیو و تیمش نمونه‌هایی از «شهاب‌سنگ‌های مارکیسون» (Murchison Meteorites) را که در مجموع سنگ‍‌‌‌هایی فضایی به وزن ۱۰۰ کیلوگرم هستند و در سال ۱۹۶۹ میلادی (۱۳۴۸ خورشیدی) بر فراز شهر مارکیسون استرالیا فرود آمدند، بررسی کردند. دانشمندانی که قبلا این شهاب‌سنگ‌ها را مطالعه کرده بودند به‌سرعت دریافتند که سقوط این شهاب‌سنگ‌ها با خوش‌شانسی زیادی همراه بوده است اما نه فقط به این دلیل که قطعه‌ای بزرگ از آن بدون آسیب به کسی بر سقف یک انبار فرود آمده است.
قطعه‌ای از شهاب‌سنگ مارکیسون
Credit: NASA
به گفته‌ی لیو نکته‌ی جالب توجه این است که «مارکیسون یک شهاب‌سنگ اولیه است که در ابتدای منظومه‌ی شمسی شکل گرفته و پس از تشکیل، هرگز ذوب نشده است. بیشتر شهاب‌هایی که از کمربند سیارک‌ها سرچشمه می‌گیرند، با برخورد و حرارت روبه‌رو می‌شوند که آن‌ها را ذوب می‌کند و بنابراین هر گونه ماده‌ی اولیه از مراحل اولیه‌ی منظومه‌ی شمسی از بین می‌رود.»
در شهاب‌سنگ مارکیسون این گونه نیست و دانه‌های سنگ قدیمی‌تر از منظومه‌ی شمسی، در مواد جدیدتر سطحی پنهان شده‌اند. دانشمندان از تحقیقات قبلی می‌دانند که این دانه‌ها متعلق به پیش از تولد منظومه‌ی شمسی هستند، زیرا ترکیب شیمیایی آن‌ها متفاوت است.
لیو گفت: «این دانه‌ها از سیلیکون کاربید یعنی اتم‌های سیلیکون و کربن ساخته شده‌اند، اما این ترکیب به‌طور طبیعی در منظومه‌ی شمسی ما تشکیل نمی‌شود زیرا اکسیژن زیادی اطراف ما وجود دارد و تمام این اتم‌های کربن با اکسیژن واکنش می‌دهند و مولکول‌های کربن دی‌اکسید را تولید می‌کنند.»
به گفته‌ی او محتمل‌ترین منشأ این دانه‌ها ستاره‌های کربنی هستند، غول‌های سرخ درخشان که جو آن‌ها کربن بیشتری نسبت به اکسیژن دارد. اما برای تأیید این نظریه دانشمندان باید بفهمند که آیا ترکیب ایزوتوپ‌های خاصی در دانه‌های شهاب‌سنگ با ستارگان کربنی مطابقت دارد یا خیر؟
ایزوتوپ‌ها در حقیقت انواعی از یک عنصر شیمیایی هستند که در تعداد نوترون‌های هسته با هم تفاوت دارند. در حالی که برخی از ایزوتوپ‌ها در منظومه‌ی شمسی رایج هستند، برخی دیگر تنها در داخل انواع خاصی از ستارگان شکل می‌گیرند.
سحابی‌هایی با جریان قوی گردوغبار مانند سحابی تخم مرغی، می‌توانند منشأ دانه‌های پیش‌خورشیدی باشند.
Credit: NASA, W. Sparks (STScI) and R. Sahai (JPL). Inset: SiC grain with ~8 micrometers in its longest dimension. Inset image courtesy of Janaína N. Ávila.
لیو گفت: «نسبت‌های ایزوتوپی این دانه‌ها با آنچه در منظومه‌ی شمسی می‌بینیم بسیار متفاوت است. برای نمونه در اجرام منظومه‌ی شمسی نسبت کربن ۱۲ به کربن ۱۳ حدود ۸۹ است. اما این دانه‌های پیش‌خورشیدی نسبت کربن ۱۲ به کربن ۱۳ از ۲ تا ۲۰۰ دارند که در نتیجه‌ی واکنش‌های همجوشی در ستاره‌های مادر آن‌ها ایجاد شده‌اند. جالب توجه است که این موضوع در مورد ایزوتوپ‌های نیتروژن، آلومینیوم و منیزیم هم صدق می‌کند».
اگر این دانه‌ها واقعا از ستارگان کربنی آمده باشند، ترکیبات ایزوتوپی آن‌ها باید با آنچه رصدهای ستارگان کربنی نشان می‌دهد مطابقت داشته باشد. چیزی که تاکنون پژوهشگران به نتایج قانع‌کننده‌ای درباره‌ی آن نرسیده بودند. یک دلیل می‌تواند این باشد که این ستارگان محل شکل‌گیری این دانه‌ها نبوده‌اند اما به گفته‌ی لیو توضیح می‌تواند بسیار ساده‌تر باشد.
او گفت: «اندازه‌گیری‌های گذشته نسبت ایزوتوپ کربن و نیتروژن کمتری را در آن دانه‌ها نشان می‌داد. اما من فکر کردم که شاید مشکل در روش بررسی باشد. این دانه‌ها صدها میلیون سال را در محیط میان‌ستاره‌ای و میلیاردها سال در منظومه‌ی شمسی ما گذرانده‌اند و در نتیجه سطح آن‌ها می‌تواند مواد تازه‌ای را جذب کرده باشد.» این یعنی در مطالعات قبلی دانشمندان ممکن است به جای خود دانه‌های پیش‌خورشیدی، ناخالصی‌های جوان‌تر روی سطح را اندازه‌گیری کرده باشند.
بنابراین لیو و همکارانش یک روش تحلیلی جدید برای حذف هر گونه ماده‌ای که ممکن است به سطح این دانه‌ها بچسبد، طراحی کردند. به‌عنوان بخشی از این تکنیک، آن‌ها ابتدا قطعات شهاب‌سنگ مارکیسون را در اسید حل کردند تا تنها دانه‌های سیلیکون کاربید باقی بماند. سپس دانه‌ها را با پرتوهای یون سزیم و اکسیژن بمباران کردند تا هر گونه ماده‌ای که ممکن است ناشی از اجزای جوان‌تر شهاب‌سنگ باشد، از بین برود.
طیف‌سنجی سیلیکون کاربید در دانه‌های شهاب‌سنگ باستانی
Credit: Nan Liu
در نهایت این تیم پژوهشی، اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی از ترکیب ایزوتوپ دانه‌ها انجام داد. به گفته‌ی لیو نتایج به‌دست آمده با داده‌های مشاهدات ستاره‌های کربنی بسیار نزدیک‌تر است. این امر تردید اولیه‌ی لیو را نسبت به نادرستی روش بررسی قبلی، تأیید کرد و نشان داد که نه تنها این دانه‌ها به احتمال زیاد از ستارگان کربنی آمده‌اند بلکه می‌توان از آن‌ها برای کمک به دانشمندان در درک خود این نوع ستارگان استفاده کرد.
«مائوریتزیو بوسو» (Maurizio Busso) دیگر نویسنده‌ی این پژوهش از دانشگاه پروجا ایتالیا گفت: «داده‌های جدید ایزوتوپی به‌دست آمده در این مطالعه، برای فیزیکدانان ستاره‌ای و اخترفیزیکدانان هسته‌ای مانند من هیجان‌انگیز است. در حقیقت نسبت‌های عجیب ایزوتوپی نیتروژن دانه‌های سیلیکون کاربید پیش‌خورشیدی در دو دهه‌ی گذشته بسیار چالش‌برانگیز بوده است. داده‌های جدید تفاوت میان آنچه در ابتدا در دانه‌های ستاره قبل از ستاره وجود داشت و بعدا به آن پیوست را توضیح می‌دهد و بنابراین یک معمای قدیمی حل می‌شود.»
به گفته‌ی لیو این داده‌های جدید سرنخ‌هایی را برای نمونه درباره‌ی اینکه چگونه ستارگان کربنی در هسته‌های خود آلومینیوم تولید می‌کنند، ارائه می‌دهد. هرچند با وجود نتایج مناسب او تأکید دارد که با یافته‌های این مطالعه باید با تحقیقات بیشتر تأیید شود.
عکس کاور: تصویری دانه‌های پیش‌خورشیدی بارش شهاب‌سنگی مارکیسون توسط میکروسکوپ الکترونی
Credit: NASA, Nan Liu ,Andrew Davis
منبع: Space
