Uma imagem de microscópio eletrônico de um carboneto de silício de tamanho mícron, SiC, grão de poeira estelar (inferior direito) extraído de um meteorito primitivo. O grão de poeira estelar é revestido com compostos orgânicos meteoríticos na superfície (gosma escura no lado esquerdo do grão). Esses grãos se formaram há mais de 4,6 bilhões de anos nos ventos de resfriamento perdidos da superfície de estrelas ricas em carbono de baixa massa perto do fim de suas vidas, tipificado aqui (canto superior esquerdo) por uma imagem do Telescópio Espacial Hubble da estrela gigante assintótica U Camelopardalis. A análise de laboratório desses minúsculos grãos de poeira fornece informações exclusivas sobre as reações nucleares em estrelas de baixa massa e suas evoluções. (1 um é um milionésimo de um metro.). Crédito:NASA, Nan Liu e Andrew Davis
Alguns meteoritos primitivos contêm um registro dos blocos de construção originais do sistema solar, incluindo grãos que se formaram em estrelas antigas que morreram antes da formação do sol. Um dos maiores desafios no estudo desses grãos pré-solares é determinar o tipo de estrela de onde cada grão veio.
Nan Liu, professor assistente de pesquisa de física em artes e ciências na Washington University em St. Louis, é o primeiro autor de um novo estudo em Cartas de jornal astrofísico que analisa um conjunto diversificado de grãos presolares com o objetivo de perceber suas verdadeiras origens estelares.
Liu e sua equipe usaram um espectrômetro de massa de última geração chamado NanoSIMS para medir isótopos de um conjunto de elementos, incluindo os isótopos N e Mg-Al em grãos de carboneto de silício (SiC) presolares. Refinando seus protocolos analíticos e também utilizando uma fonte de íons de plasma de nova geração, os cientistas foram capazes de visualizar suas amostras com melhor resolução espacial do que os estudos anteriores.
"Os grãos presolares foram incorporados em meteoritos por 4,6 bilhões de anos e às vezes são revestidos com materiais solares na superfície, "Liu disse." Graças à resolução espacial melhorada, nossa equipe foi capaz de ver a contaminação de Al na superfície de um grão e obter assinaturas estelares verdadeiras, incluindo sinais apenas do núcleo do grão durante a redução de dados. "
Os cientistas pulverizaram os grãos usando um feixe de íons por longos períodos de tempo para expô-los limpos, superfícies de grãos interiores para suas análises isotópicas. Os pesquisadores descobriram que as razões de isótopos N do mesmo grão aumentaram muito depois que o grão foi exposto a uma pulverização iônica prolongada.
As razões de isótopos raramente podem ser medidas para estrelas, mas os isótopos C e N são duas exceções. Os novos dados de isótopos C e N para os grãos presolares relatados neste estudo vinculam diretamente os grãos a diferentes tipos de estrelas de carbono com base nas razões isotópicas observadas por essas estrelas.
Imagens NanoSIMS de um grão de SiC. O painel superior mostra imagens tiradas com uma resolução espacial de ~ 1 μm, a resolução típica de análises anteriores. O painel inferior mostra as mesmas imagens de íons de grãos tiradas com uma resolução espacial de 100 nm, resolução alcançada neste estudo. Crédito:Nan Liu
"Os novos dados isotópicos obtidos neste estudo são empolgantes para físicos estelares e astrofísicos nucleares como eu, "disse Maurizio Busso, um co-autor do estudo baseado na Universidade de Perugia, Na Itália. "De fato, as 'estranhas' relações isotópicas de N de grãos de SiC presolares têm sido, nas últimas duas décadas, uma fonte notável de preocupação. Os novos dados explicam a diferença entre o que estava originalmente presente nos grãos de poeira estelar presolar e o que foi anexado mais tarde, resolvendo assim um enigma de longa data na comunidade. "
O estudo também inclui uma exploração significativa do isótopo radioativo de alumínio-26 ( 26 Al), uma importante fonte de calor durante a evolução de corpos planetários jovens no início do sistema solar e também em outros sistemas extra-solares. Os cientistas inferiram a presença inicial de grandes quantidades de 26 Al em todos os grãos medidos, conforme previsto pelos modelos atuais. O estudo determinou quanto 26 O Al foi produzido pelas "estrelas-mãe" dos grãos que mediram. Liu e seus colaboradores concluíram que as previsões do modelo estelar para 26 Al são muito altos em pelo menos um fator de dois, em comparação com os dados de grãos.
As compensações do modelo de dados provavelmente apontam para incertezas nas taxas de reação nuclear relevantes, Liu observou, e irá motivar os físicos nucleares a buscar melhores medições dessas taxas de reação no futuro.
Os resultados da equipe ligam alguns dos grãos presolares desta coleção a estrelas de carbono pouco conhecidas com composições químicas peculiares.
Os dados isotópicos dos grãos apontam para processos de queima de H ocorrendo em tais estrelas de carbono em temperaturas mais altas do que o esperado. Essas informações ajudarão os astrofísicos a construir modelos estelares para entender melhor a evolução desses objetos estelares.
"À medida que aprendemos mais sobre as fontes de poeira, podemos obter conhecimento adicional sobre a história do universo e como vários objetos estelares dentro dele evoluem, "Liu disse.
