Los fósiles de estrellas en meteoritos apuntan a estrellas distantes

Imagen de microscopio de micrones de carburo de silicio SiC, un grano de polvo de estrella (abajo a la derecha) extraído de un meteorito primitivo. El grano de polvo de estrellas está cubierto con materia orgánica de meteoritos en la superficie (la sustancia oscura en el lado izquierdo del grano). Estos granos se formaron hace más de 4.600 millones de años en los vientos fríos que se perdieron de la superficie de estrellas ricas en carbono y de baja masa al final de sus vidas, representadas aquí (arriba a la izquierda) por una imagen asintótica de una rama gigante tomada por el Telescopio Espacial Hubble. U Camelopardalis. El análisis de laboratorio de estos diminutos granos de polvo proporciona información única sobre las reacciones nucleares en estrellas de baja masa y su evolución. (1 mm es una millonésima parte de un metro). Créditos de imagen: NASA, Nan Liu y Andrew Davis

Algunos meteoritos prístinos contienen un registro de los elementos constituyentes originales del sistema solar, incluidos los granos que se formaron en estrellas antiguas que murieron antes de la formación del sol. Uno de los mayores desafíos al estudiar estos núcleos pre-solares es determinar el tipo de estrella de la que proviene cada núcleo.

Nan Liu, profesora asistente de física en las artes y las ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis, es el primero en autor de un nuevo estudio en Cartas del diario astrofísico que analiza el diverso conjunto de granos pre-solares para conocer su verdadero origen estelar.

Liu y su equipo utilizaron un espectrómetro de masas de última generación llamado NanoSIMS para medir los isótopos de un conjunto de elementos, incluidos los isótopos N y Mg-Al en los granos de carburo de silicio (SiC) pre-solares. Al refinar sus protocolos analíticos, así como al utilizar una fuente de iones de plasma de próxima generación, los científicos pudieron visualizar sus muestras con una mejor resolución espacial que los estudios anteriores.

«Los granos anteriores al sol han estado incrustados en meteoritos durante 4.600 millones de años y, a veces, están cubiertos con material solar en la superficie», dijo Liu. «Gracias a la resolución espacial mejorada, nuestro equipo pudo ver la contaminación de aluminio adherida a la superficie del grano y obtener firmas de estrellas verdaderas, incluidas solo las señales del núcleo del grano durante la reducción de datos».

Los científicos rociaron los granos con un haz de iones durante períodos prolongados para revelar superficies internas limpias de los granos para el análisis de isótopos. Los científicos encontraron que las proporciones de isótopos de N en el mismo grano aumentaron significativamente cuando el grano estuvo expuesto a la pulverización catódica prolongada.

Las proporciones de isótopos rara vez se pueden medir para las estrellas, pero los isótopos C y N son dos excepciones. Los nuevos datos de isótopos de C y N para los granos pre-solares presentados en este estudio conectan directamente los granos con diferentes tipos de estrellas de carbono en función de las proporciones isotópicas observadas de estas estrellas.

Imágenes de grano nanoSIMS SiC. El panel superior muestra imágenes tomadas con una resolución espacial de ~ 1 μm, la resolución típica de análisis anteriores. El panel inferior muestra las mismas imágenes de iones de grano tomadas a una resolución espacial de 100 nm, la resolución alcanzada en este estudio. Fuente: Nan Liu

«Los nuevos datos de isótopos de este estudio son emocionantes para físicos estelares y astrofísicos nucleares como yo», dijo Maurizio Busso, coautor del estudio en la Universidad de Perugia en Italia. “De hecho, las ‘extrañas’ proporciones de isótopos de N en los granos de SiC antes del sol han sido una fuente extraordinaria de preocupación durante las últimas dos décadas. Los nuevos datos explican la diferencia entre lo que estaba originalmente presente en los granos de polvo de estrellas pre-solares y lo que se adjuntó más tarde, y por lo tanto, la comunidad lleva mucho tiempo resolviendo el rompecabezas «.

La investigación también incluye una exploración extensa del isótopo radiactivo de aluminio-26 (26Al), una importante fuente de calor durante la evolución de los cuerpos planetarios jóvenes en el sistema solar temprano, así como otros sistemas extrasolares. Los científicos infirieron la presencia inicial de grandes cantidades de 26Al en todos los granos medidos, según lo predicho por los modelos actuales. El estudio determinó la cantidad de 26Al producida por las «estrellas anfitrionas», los granos que midieron. Liu y sus colegas concluyeron que las predicciones del modelo estelar para 26Al son al menos dos veces más altas en comparación con los datos iniciales.

Liu señaló que es probable que los cambios en el modelo de datos indiquen incertidumbre sobre las respectivas tasas de reacciones nucleares y motivarán a los físicos nucleares a medir mejor las tasas de reacción en el futuro.

Los resultados del equipo vinculan algunos de los granos anteriores al sol de esta colección con estrellas de carbono poco conocidas con una composición química peculiar.

Los datos isotópicos de los granos indican que la combustión de hidrógeno ocurre 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 objetos estelares.

«A medida que aprendamos más sobre las fuentes de polvo, podremos adquirir conocimientos adicionales sobre la historia del universo y la evolución de los diversos objetos estelares que contiene», dijo Liu.

Proporcionado por la Universidad de Washington en St. Luis

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