Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Arizona ha reconstruido con un detalle sin precedentes la historia de un grano de polvo que se formó durante el nacimiento del sistema solar hace más de 4.500 millones de años. Los hallazgos brindan información sobre los procesos fundamentales que subyacen a la formación desistemas planetarios, muchos de los cuales todavía están envueltos en un misterio.
Para el estudio, el equipo desarrolló un nuevo tipo de marco, que combina la mecánica cuántica y la termodinámica, para simular las condiciones a las que estuvo expuesto el grano durante su formación, cuando el sistema solar era un disco giratorio de gas y polvo conocido comoun disco protoplanetario o una nebulosa solar. La comparación de las predicciones del modelo con un análisis extremadamente detallado de la composición química y la estructura cristalina de la muestra, junto con un modelo de cómo se transportaba la materia en la nebulosa solar, reveló pistas sobre el viaje del grano y el entornocondiciones que le dieron forma a lo largo del camino.
El grano analizado en el estudio es una de varias inclusiones, conocidas como inclusiones ricas en calcio y aluminio, o CAI, descubiertas en una muestra del meteorito Allende, que cayó sobre el estado mexicano de Chihuahua en 1969. Los CAI son de especial interésporque se cree que están entre los primeros sólidos que se formaron en el sistema solar hace más de 4.500 millones de años.
Similar a cómo los sellos en un pasaporte cuentan una historia sobre el viaje de un viajero y las paradas en el camino, las estructuras de escala micro y atómica de las muestras desbloquean un registro de sus historias de formación, que fueron controladas por los entornos colectivos a los que se dirigieron.fueron expuestos.
"Hasta donde sabemos, nuestro artículo es el primero en contar una historia de origen que ofrece pistas sobre los procesos probables que sucedieron en la escala de distancias astronómicas con lo que vemos en nuestra muestra en la escala de distancias atómicas", dijoTom Zega, profesor del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona y primer autor del artículo, publicado en La Revista de Ciencias Planetarias.
Zega y su equipo analizaron la composición de las inclusiones incrustadas en el meteorito utilizando microscopios electrónicos de transmisión de barrido de resolución atómica de vanguardia, uno en la instalación de caracterización e imágenes de materiales Kuiper de UArizona, y su microscopio hermano ubicado en la fábrica de Hitachi en Hitachinaka, Japón.
Se descubrió que las inclusiones consisten principalmente en tipos de minerales conocidos como espinela y perovskita, que también se encuentran en las rocas de la Tierra y se están estudiando como materiales candidatos para aplicaciones como la microelectrónica y la energía fotovoltaica.
Tipos similares de sólidos ocurren en otros tipos de meteoritos conocidos como condritas carbonáceas, que son particularmente interesantes para los científicos planetarios, ya que se sabe que son restos de la formación del sistema solar y contienen moléculas orgánicas, incluidas las que pueden haber proporcionado lamaterias primas de por vida.
El análisis preciso de la disposición espacial de los átomos permitió al equipo estudiar la composición de las estructuras cristalinas subyacentes con gran detalle. Para sorpresa del equipo, algunos de los resultados estaban en desacuerdo con las teorías actuales sobre los procesos físicos que se cree que están activos dentro de los protoplanetarios.discos, lo que les pide que profundicen más.
"Nuestro desafío es que no sabemos qué vías químicas condujeron al origen de estas inclusiones", dijo Zega. "La naturaleza es nuestro vaso de laboratorio, y ese experimento tuvo lugar miles de millones de años antes de que existiéramos, en unambiente."
Zega dijo que el equipo se propuso realizar una "ingeniería inversa" en la composición de las muestras extraterrestres mediante el diseño de nuevos modelos que simulaban procesos químicos complejos, a los que las muestras estarían sometidas dentro de un disco protoplanetario.
"Tales modelos requieren una íntima convergencia de experiencia que abarque los campos de la ciencia planetaria, la ciencia de los materiales, la ciencia mineral y la microscopía, que fue lo que nos propusimos hacer", agregó Krishna Muralidharan, coautor del estudio y profesor asociado enDepartamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Arizona.
Sobre la base de los datos que los autores pudieron extraer de sus muestras, llegaron a la conclusión de que la partícula se formó en una región del disco protoplanetario no muy lejos de donde está ahora la Tierra, luego hizo un viaje más cerca del sol, donde se encontraba progresivamentemás caliente, solo para luego revertir el curso y lavar en partes más frías más alejadas del joven Sol. Finalmente, se incorporó a un asteroide, que luego se rompió en pedazos. Algunas de esas piezas fueron capturadas por la gravedad de la Tierra y cayeron como meteoritos.
Las muestras para este estudio se tomaron del interior de un meteorito y se consideran primitivas; en otras palabras, no se ven afectadas por las influencias ambientales. Se cree que este material primitivo no ha sufrido ningún cambio significativo desde que se formó por primera vez más de 4.500 milloneshace años, lo cual es raro. Queda por ver si objetos similares ocurren en el asteroide Bennu, cuyas muestras serán devueltas a la Tierra por la misión OSIRIS-REx liderada por UArizona en 2023, está por verse. Hasta entonces, los científicos confían en muestras que caen aTierra a través de meteoritos.
"Este material es nuestro único registro de lo que sucedió hace 4.567 mil millones de años en la nebulosa solar", dijo Venkat Manga, coautor del artículo y profesor asistente de investigación en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Arizona.poder mirar la microestructura de nuestra muestra a diferentes escalas, hasta la longitud de los átomos individuales, es como abrir un libro ".
Los autores dijeron que estudios como este podrían acercar a los científicos planetarios a "un gran modelo de formación planetaria": una comprensión detallada del material que se mueve alrededor del disco, de qué está compuesto y cómo da lugaral sol y los planetas.
Los radiotelescopios potentes como el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, o ALMA, en Chile ahora permiten a los astrónomos ver los sistemas estelares a medida que evolucionan, dijo Zega.
"Quizás en algún momento podamos observar la evolución de los discos, y luego realmente podamos comparar nuestros datos entre disciplinas y comenzar a responder algunas de esas preguntas realmente importantes", dijo Zega. "¿Se están formando estas partículas de polvo donde pensamos que lo hicieron ennuestro propio sistema solar? ¿Son comunes a todos los sistemas estelares? ¿Deberíamos esperar el patrón que vemos en nuestro sistema solar - planetas rocosos cerca de la estrella central y gigantes gaseosos más lejos - en todos los sistemas?
"Es un momento realmente interesante para ser científico cuando estos campos están evolucionando tan rápidamente", agregó. "Y es increíble estar en una institución donde los investigadores pueden formar colaboraciones transdisciplinarias entre los principales departamentos de astronomía, ciencia planetaria y de materiales en elmisma universidad. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Original escrito por Daniel Stolte. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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