Найден самый старый материал на Земле – это звёздная пыль возрастом 7 млрд лет
Мурчисонский метеорит, упавший в Австралии несколько десятилетий назад, содержит звёздную пыль, возраст которой превосходит возраст Солнца
Сверхновая в представлении художника
Учёные обнаружили самый старый из когда-либо найденных на Земле материалов внутри космического камня, упавшего в Австралии более полувека назад. Этот метеорит оказался заполненным крохотными гранулами древней звёздной пыли, появившейся за два миллиарда лет до формирования Солнца и нашей солнечной системы – так утверждается в работе, опубликованной в январе 2020 в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Досолнечные” гранулы удалось датировать при помощи зонда “Вояджер-1”, собравшего необходимые данные при выходе в межзвёздное пространство в 2012 году. Звёздная пыль стала уникальной капсулой времени из эпохи в нашей галактики, предшествующей возникновению нашей Солнечной системы.
“К такому я никогда не смогу привыкнуть, ведь это так потрясающе”, – сказал ведущий автор работы Филипп Хек, куратор Филдовского музея естественной истории и адъюнкт-профессор Чикагского университета. “Просто взять лежащий в лаборатории камень, извлечь из него минералы и узнать что-либо об истории галактики – потрясающе, что природа дала нам возможность изучать подобные пробы”.
Гранулы имеют размер всего несколько мкм в поперечнике (для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 100 мкм). На Землю их принёс Мурчисонский метеорит, большой кусок космического камня, обломки которого упали рядом с городом Мурчисон в Австралии в 1969 году. Падение стало событием в истории города, но местные жители передали большую часть 100-киллограммового камня в Филдовский музей в Чикаго.
“Жители Мурчисона, сельские жители, собрали фрагменты метеорита, понимая, что он важен для науки, и отдали науке большую часть собранного, – сказал Хек. – Без этого не было бы нашего исследования и многих других тоже”.
Гранулы звёздной пыли внутри метеорита сформировались умирающими звёздами миллиарды лет назад. В конце жизненного цикла [некоторые] звёзды начинают сдувать одни из самых тяжёлых элементов наружу, в окружающее пространство, после чего материал охлаждается и формирует пылевые частицы.
“После формирования гранулы она начинает улетать в межзвёздное пространство под давлением излучения звезды, и путешествует по галактике, – пояснил Хек. – В процессе формирования солнечной системы, начавшегося 4,6 млрд лет назад, эта досолнечная пыль комковалась в объекты, из которых затем появились Земля, Солнце, астероиды, кометы – всё, что появилось в Солнечной системе, содержит эти досолнечные гранулы”.
Туманность Яйцо, возможный источник крупных досолнечных гранул карбида кремния, обнаруженных, в частности, в Мурчисонском метеорите. В углу включено изображение пылинки размером 8 мкм
Хотя ранняя Земля была усыпана такими пылинками, такие геологические процессы, как внутренний разогрев, тектоника плит и вулканизм уничтожили их. Однако эти гранулы выживают внутри пяти процентов астероидов и комет, находящихся в нашей Солнечной системе. Множество метеоритов приносило досолнечные гранулы на нашу планеты, хотя Мурчисонский метеорит – единственный, принёсший нам достаточно большие гранулы для того, чтобы можно было определить их возраст.
Порядка 30 лет назад учёные Чикагского университета извлекли эту звёздную пыль, раздробив кусочек метеорита в порошок и используя химические реагенты, измельчили их до крохотных крупинок карбида кремния.
“Нам известны и другие типы досолнечной пыли, однако, карбид кремния – наиболее прочный и долговечный, – сказал Хек. – По прочности он сравним с алмазом. Это, по сути, очень плотный кристалл”.
Учёные уже знали, что возраст гранул превосходит возраст Солнечной системы, но в новом исследовании удалось гораздо более точно оценить их возраст, и чрезвычайно сильно отодвинуть в прошлое оценку даты их появления. В частности, этот прорыв Хеку и коллегам удалось совершить благодаря зонду “Вояджер-1”.
“Теперь у нас есть данные с космического корабля, покинувшего нашу Солнечную систему и измерившего космические лучи за её пределами, – сказал Хек. – И эти лучи являются основой нашего метода датировки”.
Когда эти гранулы летали в межзвёздном пространстве миллиарды лет назад, они постоянно сталкивались с космическими лучами – частицами высоких энергий, заполняющими галактику. Сталкиваясь с гранулами, лучи порождали изотопы неона внутри пылинок.
Этот процесс позволяет учёным оценить возраст гранул, поскольку более старые из них дольше подвергались воздействию космических лучей, и, следовательно, имеют более высокий уровень изотопов неона. Хек с коллегами использовали масс-спектрометр для измерения содержания изотопов неона в гранулах.
“Мы можем использовать данные по космическим лучам, полученные “Вояджером”, и определить, воздействию какого рода космических лучей и с каким уровнем энергии подвергались гранулы миллиарды лет назад, – пояснил Хек. – Ещё 10 лет назад таких данных у нас просто не было”.
Исследователи не только обнаружили, что возраст некоторых гранул составляет около семи миллиардов лет, что делает их самым старым материалом из найденных на нашей планете – они ещё обнаружили, что примерно две трети из изученных гранул имеют возраст от 4,6 до 4,9 млрд лет.
Это намекает на “бэби-бум в процессе формирования звёзд”, сказал Хек. В Млечном Пути, вероятно, перед самым формированием Солнечной системы появилось огромное количество звёзд, которые выгорели и умерли за период порядка 300 млн лет.
И теперь жизнь и смерть этих исчезнувших звёзд записана в гранулах, застрявших в Мурчисонском метеорите, удачно упавшем к нам на Землю. Эти результаты соответствуют теориям о смене у Млечного Пути периодов активного появления и быстрого сгорания звёзд, в отличие от варианта с постепенным их формированием.
Всё это, конечно, поражает воображение, и Хек с коллегами ожидают, что на основе этих досолнечных гранул в будущем можно будет сделать ещё много открытий. Команда планирует продолжать извлекать и датировать звёздную пыль, к тому же теперь они смогут включить в исследование результаты, полученные зондом “Вояджер-2”, вышедшим вслед за своим близнецом в межзвёздное пространство в 2018 году.
“Такого проекта хватит на целую карьеру, но я также обучаю и своих студентов, поэтому надеюсь, что в последующие годы и десятилетия мы получим ещё много данных по возрасту материала”, – сказал Хек.