Досолнечные зёрна

Досолнечные зёрна^[2]^[3]^[4], называемые также межзвёздные зёрна^[2] или досолнечные реликты^[3] — частицы минералов, которые конденсировались вокруг умирающих звёзд до появления Солнца и оставались неизменными после формирования Солнечной системы; включены в состав первичных («примитивных») метеоритов.

Досолнечное зерно карбида кремния (SiC) типа Х. Изображение получено с помощью РЭМ после NanoSIMS^[en]-анализа^[1]

Мелкодисперсные частицы имеют размеры от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Наиболее крупное обнаруженное досолнечное зерно имеет размер 30 мкм. Оно состоит из карбида кремния (SiC) и было обнаружено в Мурчисонском метеорите, упавшем в сентябре 1969 года в Австралии. Это зерно названо «Bonanza»^[2]. Возраст досолнечных зёрен в составе этого метеорита составляет примерно 5—7 млрд лет^[5] — это старейшие твёрдые вещества на Земле^[6].

Досолнечные зёрна являются «звёздной пылью», которая конденсировалась из газов в выбросах из древних звёзд или из сверхновых и стала частью межзвёздной среды, из которой около 4,6 млрд лет назад сформировалась Солнечная система^[7]. Эти зёрна звёздной пыли пережили ряд разрушительных сред и процессов: взрыв и окружающую среду родительской звезды; межзвёздную среду; гравитационный коллапс молекулярного облака и формирование Солнечной системы; Солнечную туманность; включение почти полностью неизменными в родительское тело метеоритов, где они находились около 4,5 млрд лет; разделение тела и вхождение в атмосферу Земли^[8].

Большая часть зёрен в метеоритах была сформирована химическими и физическими процессами, происходившими уже после образования Солнечной системы, тогда как метеоритные досолнечные зёрна существовали ещё в родительском молекулярном облаке газа и пыли, гравитационный коллапс которого положил начало формированию Солнца и планет^[7]. Поэтому досолнечные зёрна из первичных («примитивных») метеоритов, которые сегодня изучаются в лабораториях, старше Солнечной системы.

Сегодня досолнечные зёрна идентифицируются как незначительные или примесные составляющие в образцах собранных на Земле метеоритов и межпланетных пылевых частиц. Досолнечные зёрна идентифицируют на основе присущего им аномального изотопного состава, который существенно отличается от такового у всего остального вещества Солнечной системы, но является типичным для атмосфер их родительских звёзд на соответствующем этапе эволюции.

Поскольку досолнечные зёрна по сути являются затвердевшими образцами отдельных звёзд на соответствующем этапе их эволюции, они остаются единственным способом «наблюдать» соотношение изотопов элементов в звёздах, которые образовались, эволюционировали и исчезли ещё до появления Солнечной системы. Возможность точно измерить присущие этим звёздам изотопные соотношения в химических элементах делает эти досолнечные тугоплавкие минералы лучшим инструментом для изучения эволюции и структуры их родительских звёзд; галактической химической эволюции; механизмов нуклеосинтеза и кинетики конденсации пыли^[9]. Кроме того, поскольку досолнечные зёрна должны были проходить через межзвёздную среду прежде чем быть включёнными в солнечную туманность, они могут служить для изучения физической и химической обработки зёрен в межзвёздной среде^[10].

Выделение первых досолнечных зёрен в 1987 году ознаменовало появление новой области лабораторной астрофизики. Изотопные, элементные и структурные измерения досолнечных зёрен позволяют получить новые знания о химических и изотопных составляющих отдельных звёзд с той точностью, которая не достижима для астрономических наблюдений.

Досолнечные минералы и минеральные фазы метеоритов

Наноалмаз — C
Графит — C
Зерно металла состава Os₇₉Mo₁₀Ru₉Fe₂
Камасит — Fe, Ni
Когенит — (FeNi)₃C
Карбид кремния — SiC
Карбид титана — TiC
Карбиды труднолетучих металлов —
(Zr, Mo, Ti, Ru)C
Нитрид кремния — α-Si₃N₄
Нитрид алюминия — AlN
Корунд — Al₂O₃
Рутил — TiO₂
Тистарит — Ti₂O₃
Оксид Ti — Ti₃O₅
Магнели фазы Ti_nO_2n-1
Оксид хрома — Cr₂O₃
Оксид железа (вюстит-?) — FeO
SiO₂-фаза
Хибонит — Сa(Al,Ti)₁₂O₁₉
Шпинель — MgAl₂O₄
Магнетит — Fe₃O₄
Хромит — FeCrO₄
Магнезиохромит — MgCrO₄
Твёрдый раствор шпинели и магнезиохромита — MgAlCrO₄
Силикаты: магнезиальные и железистые оливины и пироксены, аморфные силикатные фазы

ПримечанияПравить

↑ Hynes K. M. (2010). Microanalytical Investigations of Presolar SiC Grains as Probes of Condensation Conditions in Astrophysical Environments (Ph.D. Dissertation). Washington University. с. 422. doi:10.7936/K7BZ6455.
↑ ¹ ² ³ Иванов А. В., Ярошевский А. А., Иванова М. А. Минералы метеоритов — новый каталог // Геохимия. — 2019. — Т. 64, № 8. — С. 869—932. — doi:10.31857/S0016-7525648869-932.
↑ ¹ ² Устинова Г. К. О возможном многообразии астрофизических источников метеоритных алмазов // Вестник Отделения наук о Земле РАН. — 2009. — № 1 (27). — ISSN 1819-6586.
↑ Семененко В. П., Гирич А. Л., Ширинбекова С. Н., Горовенко Т. Н., Кичань Н. В. Генетические типы нанометровых зёрен минералов в метеоритах // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. — 2012. — Т. 10, № 1. — С. 1—10.
↑ Ученые нашли на Земле звездную пыль древнее Солнца (рус.). РИА Новости (13 января 2020). Дата обращения: 15 января 2020. Архивировано 25 января 2020 года.
↑ Mindy Weisberger. 7 Billion-Year-Old Stardust Is Oldest Material Found on Earth (неопр.). Live Science. Future US, Inc. (13 января 2020). Дата обращения: 15 января 2020. Архивировано 14 января 2020 года.
↑ ¹ ² Maria Lugaro (2005). Stardust from Meteorites: An Introduction to Presolar Grains. World Scientific. ISBN 978-981-256-099-5.
↑ Amari S. et al. (2010). Presolar Grain Studies: Recent Progress and Development. AIP Conference Proceedings 1269 (1): 27—34. ISSN 0094243X. doi:10.1063/1.3485148.
↑ Nittler L. R., Ciesla F. (2016). Astrophysics with Extraterrestrial Materials. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 54 (1): 53—93. ISSN 0066-4146. doi:10.1146/annurev-astro-082214-122505.
↑ Bernatowicz T. J., Messenger S., Pravdivtseva O., Swan P., Walker R. M. (2003). Pristine presolar silicon carbide. Geochimica et Cosmochimica Acta 67 (24): 4679—4691. ISSN 00167037. doi:10.1016/S0016-7037(03)00461-7.

СсылкиПравить

Presolar Grain Database (англ.) — База данных досолнечных зёрен.
J. Huth, A. Besmehn, J. Kodolányi SEM Gallery: Presolar grains (Stardust). Max Planck Institute for Chemistry. (англ.) — Галерея разных типов досолнечных зёрен.
Types of Presolar Grains in Meteorites (недоступная ссылка) (англ.) — Изображения нескольких типов досолнечных зёрен.

[1] Hynes K. M. (2010). Microanalytical Investigations of Presolar SiC Grains as Probes of Condensation Conditions in Astrophysical Environments (Ph.D. Dissertation). Washington University. с. 422. doi:10.7936/K7BZ6455.

[ivanov2019-2] ¹ ² ³ Иванов А. В., Ярошевский А. А., Иванова М. А. Минералы метеоритов — новый каталог // Геохимия. — 2019. — Т. 64, № 8. — С. 869—932. — doi:10.31857/S0016-7525648869-932.

[ustinova2009-3] ¹ ² Устинова Г. К. О возможном многообразии астрофизических источников метеоритных алмазов // Вестник Отделения наук о Земле РАН. — 2009. — № 1 (27). — ISSN 1819-6586.

[4] Семененко В. П., Гирич А. Л., Ширинбекова С. Н., Горовенко Т. Н., Кичань Н. В. Генетические типы нанометровых зёрен минералов в метеоритах // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. — 2012. — Т. 10, № 1. — С. 1—10.

[5] Ученые нашли на Земле звездную пыль древнее Солнца (рус.). РИА Новости (13 января 2020). Дата обращения: 15 января 2020. Архивировано 25 января 2020 года.

[6] Mindy Weisberger. 7 Billion-Year-Old Stardust Is Oldest Material Found on Earth (неопр.). Live Science. Future US, Inc. (13 января 2020). Дата обращения: 15 января 2020. Архивировано 14 января 2020 года.

[lugaro2005-7] ¹ ² Maria Lugaro (2005). Stardust from Meteorites: An Introduction to Presolar Grains. World Scientific. ISBN 978-981-256-099-5.

[8] Amari S. et al. (2010). Presolar Grain Studies: Recent Progress and Development. AIP Conference Proceedings 1269 (1): 27—34. ISSN 0094243X. doi:10.1063/1.3485148.

[9] Nittler L. R., Ciesla F. (2016). Astrophysics with Extraterrestrial Materials. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 54 (1): 53—93. ISSN 0066-4146. doi:10.1146/annurev-astro-082214-122505.

[10] Bernatowicz T. J., Messenger S., Pravdivtseva O., Swan P., Walker R. M. (2003). Pristine presolar silicon carbide. Geochimica et Cosmochimica Acta 67 (24): 4679—4691. ISSN 00167037. doi:10.1016/S0016-7037(03)00461-7.

[2]

[3]

[4]

[1]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]