Звездная пыль от красных гигантов

Около 4,5 миллиардов лет назад межзвездное молекулярное облако разрушилось. В его центре образовалось Солнце; вокруг него появился диск из газа и пыли, из которого сформировались Земля и другие планеты. Этот тщательно перемешанный межзвездный материал включал в себя экзотические частицы пыли: «Звездная пыль, образовавшаяся вокруг других солнц», - объясняет Мария Шёнбехлер, профессор Института геохимии и петрологии в ETH Zurich и член PlanetS NCCR. Эти пылинки составляли лишь небольшой процент от всей массы пыли и были неравномерно распределены по всему диску. «Звездная пыль была как соль и перец», - говорит геохимик. По мере формирования планет каждая из них получала свою смесь.

Благодаря чрезвычайно точным методам измерения, исследователи теперь могут обнаружить звездную пыль, которая присутствовала при рождении нашей Солнечной системы. Они исследуют конкретные химические элементы и измеряют количество различных изотопов - атомов элемента, которые имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах, но различаются по количеству нейтронов.

«Переменные пропорции изотопов действуют как отпечатки пальцев», - говорит Шенбехлер. «У звездной пыли действительно экстремальные, уникальные отпечатки, и потому что она была неравномерно распределена по протопланетному диску, каждая планета и каждый астероид получили свой собственный отпечаток, когда был сформирован».

За последние 10 лет исследователи, изучающие образцы горных пород Земли и метеоритов, смогли продемонстрировать так называемые изотопные аномалии для все большего количества элементов. Шёнбехлер и ее группа изучают метеориты, которые изначально были частью разрушенных астероидов с упором на палладий.

Другие команды уже исследовали соседние элементы в периодической таблице, такие как молибден и рутений, поэтому команда Шёнбехлера могла предсказать, что покажут результаты палладия. Но их лабораторные измерения не подтвердили прогнозы. «Метеориты содержали гораздо меньше палладия, чем ожидалось», - говорит Маттиас Эк из Университета Бристоля, который проводил измерения изотопов во время докторских исследований в ETH.

Теперь исследователи придумали новую модель для объяснения этих результатов в журнале Nature Astronomy. Они утверждают, что звездная пыль состояла в основном из материала, произведенного в красных гигантских звездах. Это стареющие звезды, которые расширяются, потому что исчерпали топливо в своем ядре. Наше Солнце тоже станет красным гигантом через 4 или 5 миллиардов лет.

В этих звездах тяжелые элементы - молибден и палладий - были произведены процессом медленного захвата нейтронов. «Палладий немного более летуч, чем другие измеренные элементы. В результате, его меньше конденсируется в пыль вокруг этих звезд, и поэтому в изученных нами метеоритах меньше палладия от звездной пыли», - говорит Эк.

У исследователей также есть правдоподобное объяснение еще одной загадки звездной пыли: более высокое содержание материала от красных гигантов на Земле по сравнению с Марсом или Вестой или другими астероидами, расположенными дальше в Солнечной системе. Эта внешняя область видела скопление материала от взрывов сверхновых.

«Когда планеты образовались, температуры ближе к Солнцу были очень высокими», - объясняет Шёнбехлер. Это вызвало испарение неустойчивых частиц пыли. Межзвездный материал содержал больше такой пыли, которая была уничтожена вблизи Солнца, тогда как звездная пыль от красных гигантов была менее подвержена разрушению и, следовательно, концентрировалась там. Возможно, что пыль, возникающая при взрывах сверхновых, также испаряется легче, так как её несколько меньше. «Это позволяет объяснить, почему Земля обладает наибольшим количеством звездной пыли от красных гигантских звезд по сравнению с другими телами в Солнечной системе», - говорит Шёнбехлер.