„To jedno z najbardziej ekscytujących badań, nad jakimi pracowałem”, mówi Philipp Heck, kurator w Field Museum, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie w Chicago i główny autor pracy opisującej odkrycia w Proceedings of the National Academy of Sciences. „Są to najstarsze stałe materiały, jakie kiedykolwiek znaleziono i mówią nam o tym, jak gwiazdy uformowały się w naszej galaktyce.”

Materiały, które badał Heck i jego koledzy nazywane są ziarnami presolarnymi-minerałami powstałymi przed narodzinami Słońca. „Są to stałe próbki gwiazd, prawdziwy gwiezdny pył”, mówi Heck. Te kawałki gwiezdnego pyłu zostały uwięzione w meteorytach, gdzie pozostały niezmienione przez miliardy lat, czyniąc je kapsułami czasu sprzed powstania Układu Słonecznego…

Ale ziarna presolarne są trudne do zdobycia. Są rzadkie, występują tylko w około pięciu procentach meteorytów, które spadły na Ziemię, i są malutkie – sto największych z nich zmieściłoby się na kropce na końcu tego zdania. Ale Muzeum Fielda posiada największą część meteorytu Murchison, skarbnicy ziaren przedbiegunowych, które spadły w Australii w 1969 roku i które mieszkańcy Murchison, Victoria, udostępnili nauce. Ziarna presolarne do tego badania zostały wyizolowane z meteorytu Murchison na potrzeby tego badania około 30 lat temu na Uniwersytecie w Chicago.

„Zaczyna się od zmiażdżenia fragmentów meteorytu do postaci proszku” wyjaśnia Jennika Greer, studentka studiów magisterskich w Field Museum i na Uniwersytecie w Chicago oraz współautorka badania. „Kiedy wszystkie kawałki są już posegregowane, powstaje coś w rodzaju pasty, która ma ostrą charakterystykę – pachnie jak zgniłe masło orzechowe.”

Ta „zgniła-orzechowa-masło-meteorytowa pasta” została następnie rozpuszczona kwasem, aż pozostały tylko ziarna presolarne. „To jak spalenie stogu siana, by znaleźć igłę” – mówi Heck.

Po wyizolowaniu ziaren presolarnych badacze zorientowali się, z jakich typów gwiazd pochodzą i jak bardzo są stare. „Użyliśmy danych dotyczących wieku ekspozycji, które w zasadzie mierzą ich ekspozycję na promienie kosmiczne, które są wysokoenergetycznymi cząstkami przelatującymi przez naszą galaktykę i penetrującymi materię stałą”, wyjaśnia Heck. „Niektóre z tych promieni kosmicznych wchodzą w interakcję z materią i tworzą nowe pierwiastki. A im dłużej są one wystawione na działanie promieniowania, tym więcej tych pierwiastków się tworzy.

„Porównuję to do wystawienia wiadra w czasie ulewy. Zakładając, że opady są stałe, ilość wody, która gromadzi się w wiadrze mówi, jak długo było ono wystawione na działanie deszczu” – dodaje. Mierząc jak wiele z tych nowych pierwiastków produkowanych przez promieniowanie kosmiczne jest obecnych w ziarnie przedsłonecznym, możemy powiedzieć jak długo było ono wystawione na działanie promieni kosmicznych, co mówi nam jak stare ono jest.

Badacze dowiedzieli się, że niektóre z ziaren przedsłonecznych w ich próbce były najstarszymi kiedykolwiek odkrytymi – na podstawie ilości promieni kosmicznych, którymi nasiąkły, większość ziaren musiała mieć od 4,6 do 4,9 miliarda lat, a niektóre ziarna były nawet starsze niż 5,5 miliarda lat. Dla kontekstu, nasze Słońce ma 4,6 miliarda lat, a Ziemia 4,5 miliarda.

Ale wiek ziaren presolarnych nie był końcem odkrycia. Ponieważ ziarna presolarne powstają, gdy gwiazda umiera, mogą nam one powiedzieć o historii gwiazd. A 7 miliardów lat temu, był to najwyraźniej wysyp nowych gwiazd tworzących się – coś w rodzaju astralnego baby boom.

„Mamy więcej młodych ziaren niż się spodziewaliśmy”, mówi Heck. „Nasza hipoteza jest taka, że większość tych ziaren, które mają od 4,9 do 4,6 miliarda lat, uformowała się w epizodzie wzmożonego formowania się gwiazd. Był czas przed początkiem Układu Słonecznego, kiedy więcej gwiazd uformowało się niż normalnie.”

To odkrycie jest amunicją w debacie między naukowcami na temat tego, czy nowe gwiazdy tworzą się w stałym tempie, czy też są wzloty i upadki w liczbie nowych gwiazd w czasie. „Niektórzy ludzie uważają, że tempo powstawania gwiazd w galaktyce jest stałe,” mówi Heck. „Ale dzięki tym ziarnom, mamy teraz bezpośrednie dowody na okres wzmożonego powstawania gwiazd w naszej galaktyce siedem miliardów lat temu z próbek pochodzących z meteorytów. Jest to jedno z kluczowych ustaleń naszego badania.”

Heck zauważa, że nie jest to jedyna niespodziewana rzecz, jaką znalazł jego zespół. Jako prawie boczna uwaga do głównych pytań badawczych, w badaniu sposobu, że minerały w ziarnach interakcji z promieni kosmicznych, naukowcy również dowiedzieć się, że ziarna presolar często unoszą się w przestrzeni sklejone razem w dużych skupisk, „jak granola,” mówi Heck. „Nikt nie myślał, że jest to możliwe w tej skali.”

Heck i jego koledzy z niecierpliwością oczekują, że wszystkie te odkrycia pogłębią naszą wiedzę o naszej galaktyce. „Dzięki temu badaniu bezpośrednio określiliśmy czasy życia gwiezdnego pyłu. Mamy nadzieję, że zostanie to podchwycone i przestudiowane, aby ludzie mogli wykorzystać to jako dane wejściowe do modeli całego galaktycznego cyklu życia,” mówi.

Heck zauważa, że istnieją warte życia pytania, na które należy odpowiedzieć o ziarnach przedbiegunowych i wczesnym Układzie Słonecznym. „Chciałbym, abyśmy mieli więcej ludzi pracujących nad tym, aby dowiedzieć się więcej o naszej rodzinnej galaktyce, Drodze Mlecznej,” mówi.

„Po poznaniu tego, jak chcesz studiować cokolwiek innego?” mówi Greer. „To niesamowite, to najciekawsza rzecz na świecie.”

„Zawsze chciałem uprawiać astronomię z próbkami geologicznymi, które mogę trzymać w ręku”, mówi Heck. „To takie ekscytujące patrzeć na historię naszej galaktyki. Gwiezdny pył jest najstarszym materiałem, który dotarł na Ziemię i dzięki niemu możemy dowiedzieć się o naszych macierzystych gwiazdach, o pochodzeniu węgla w naszych ciałach, o pochodzeniu tlenu, którym oddychamy. Dzięki gwiezdnemu pyłowi możemy prześledzić drogę tego materiału do czasów przed powstaniem Słońca.”

„To kolejna najlepsza rzecz, jaką można zrobić, aby pobrać próbkę bezpośrednio z gwiazdy”, mówi Greer.

Do tego badania przyczynili się naukowcy z Field Museum, University of Chicago, Lawrence Livermore National Laboratory, Washington University, Harvard Medical School, ETH Zurich i Australian National University. Finansowanie zostało zapewnione przez NASA, Fundację TAWANI, Narodową Fundację Nauki, Departament Energii, Szwajcarską Narodową Fundację Nauki, Brazylijską Narodową Radę Rozwoju Naukowego i Technologicznego oraz Komitet Finansowania Nauki i Stypendiów Muzeum Fielda.

.