En del av jordens byggmaterial var stjärndamm från röda jättar, forskare från ETH Zürich har etablerat. De har också förklarat varför jorden innehåller mer av detta stjärnstoft än asteroiderna eller planeten Mars, som är längre bort från solen.

För cirka 4,5 miljarder år sedan, ett interstellärt molekylärt moln kollapsade. I dess centrum, solen bildades; runt det, en skiva av gas och damm dök upp, ur vilken jorden och de andra planeterna skulle bildas. Detta grundligt blandade interstellära material inkluderade exotiska dammkorn:"Stjärndamm som hade bildats runt andra solar, " förklarar Maria Schönbächler, professor vid Institutet för geokemi och petrologi vid ETH Zürich och medlem av NCCR PlanetS. Dessa dammkorn utgjorde bara en liten andel av hela dammmassan och fördelades ojämnt över skivan. "Stjärndammet var som salt och peppar, " säger geokemisten. När planeterna bildades, var och en fick sin egen mix.

Tack vare extremt exakta mättekniker, forskare kan nu upptäcka det stjärndamm som fanns vid vårt solsystems födelse. De undersöker specifika kemiska grundämnen och mäter förekomsten av olika isotoper – atomsmakerna hos ett givet grundämne, som alla delar samma antal protoner i sina kärnor men varierar i antal neutroner.

"De variabla proportionerna av dessa isotoper fungerar som ett fingeravtryck, " Schönbächler säger. "Stardust har verkligen extrema, unika fingeravtryck – och eftersom det spreds ojämnt genom den protoplanetära skivan, varje planet och varje asteroid fick sitt eget fingeravtryck när den bildades."

Studerar palladium i meteoriter

Under de senaste 10 åren, forskare som studerar stenprover från jorden och meteoriter har kunnat påvisa dessa så kallade isotopiska anomalier för allt fler grundämnen. Schönbächler och hennes grupp har tittat på meteoriter som ursprungligen var en del av asteroidkärnor som förstördes för länge sedan, med fokus på grundämnet palladium.

Andra team hade redan undersökt närliggande element i det periodiska systemet, såsom molybden och rutenium, så att Schönbächlers team kunde förutsäga vad deras palladiumresultat skulle visa. Men deras laboratoriemätningar bekräftade inte förutsägelserna. "Meteoriterna innehöll mycket mindre palladiumanomalier än väntat, säger Mattias Ek, postdoc vid University of Bristol som gjorde isotopmätningarna under sin doktorandforskning vid ETH.

Nu, forskarna har kommit med en ny modell för att förklara dessa resultat, som de rapporterar i journalen Natur astronomi . De hävdar att stjärnstoft huvudsakligen bestod av material som producerades i röda jättestjärnor. Dessa är åldrande stjärnor som expanderar eftersom de har förbrukat bränslet i deras kärna. Vår sol, för, kommer att bli en röd jätte om 4 eller 5 miljarder år från nu.

I dessa stjärnor, tunga grundämnen som molybden och palladium producerades genom det som kallas den långsamma neutroninfångningsprocessen. "Palladium är något mer flyktigt än de andra uppmätta grundämnena. Som ett resultat, mindre av det kondenserade till damm runt dessa stjärnor, och därför finns det mindre palladium från stjärndamm i de meteoriter vi studerade, " säger Ek.

ETH-forskarna har också en rimlig förklaring till ett annat stjärnstoft-pussel:det högre överflöd av material från röda jättar på jorden jämfört med Mars eller Vesta eller andra asteroider längre ut i solsystemet. Denna yttre region såg en ansamling av material från supernovaexplosioner.

"När planeterna bildades, temperaturer närmare solen var mycket höga, " förklarar Schönbächler. Detta orsakade instabila dammkorn, till exempel, de med en isig skorpa, att avdunsta. Det interstellära materialet innehöll mer av den här typen av damm som förstördes nära solen, medan stjärndamm från röda jättar var mindre benäget att förstöras och därför koncentrerades där. Det är tänkbart att damm som härrör från supernovaexplosioner också avdunstar lättare, eftersom den är något mindre. "Detta tillåter oss att förklara varför jorden har den största anrikningen av stjärndamm från röda jättestjärnor jämfört med andra kroppar i solsystemet, " säger Schönbächler.