Fjärilsnebulosan, ett exempel på en stjärnbildande region i Tarantula-nebulosan. Den vita skalan är 2 ljusår eller cirka 120, 000 AU (astronomiska enheter). En ljus central stjärna, skymd av damm, modifierar syreisotoperna i nebulosan genom fotodissociation av kolmonoxid. Detta är ytterligare ett exempel på en miljö där syreisotoper kan modifieras i det molekylära molnet innan ett planetsystem bildas. Kredit:ASA och ESA
I sökandet efter att upptäcka ursprunget till vårt solsystem, ett internationellt team av forskare, inklusive planetforskaren och kosmokemisten James Lyons från Arizona State University, har jämfört solens sammansättning med sammansättningen av de äldsta material som bildades i vårt solsystem:eldfasta inneslutningar i omvandlade meteoriter.
Genom att analysera syreisotoperna (varianter av ett grundämne som har några extra neutroner) av dessa eldfasta inneslutningar, forskargruppen har fastställt att skillnaderna i sammansättning mellan solen, planeter och andra solsystemmaterial ärvdes från det protosolära molekylära molnet som fanns redan innan solsystemet. Resultaten av deras studie har nyligen publicerats i Vetenskapens framsteg .
"Det har nyligen visat sig att variationer i isotopsammansättningar av många grundämnen i vårt solsystem ärvdes från det protosolära molekylära molnet, " sa huvudförfattaren Alexander Krot, från University of Hawaii. "Vår studie visar att syre inte är undantaget."
Molekylärt moln eller solnebulosa?
När forskare jämför syreisotoperna 16, 17 och 18, de observerar betydande skillnader mellan jorden och solen. Detta tros bero på bearbetning av kolmonoxid med ultraviolett ljus, som bryts isär vilket leder till en stor förändring av syreisotopförhållandena i vatten. Planeterna bildas av damm som ärver de förändrade syreisotopförhållandena genom interaktioner med vatten.
Vad forskarna inte har vetat är om den ultravioletta bearbetningen inträffade i det molekylära modermolnet som kollapsade för att bilda proto-solsystemet eller senare i molnet av gas och damm från vilket planeterna bildades, kallas solnebulosan.
Ett exempel på en stjärnbildande region i NGC 3324 i Carina-nebulosan, där närliggande stora stjärnor både skulpterar formen på nebulosan och ändrar fördelningen av syreisotoper genom fotodissociering av kolmonoxid genom ultraviolett ljus. Resultaten av det arbete som presenteras här gynnar förändring av syreisotoper i en molekylär molnmiljö. Den vita skalan är 5 ljusår eller 300, 000 AU (astronomiska enheter, avståndet mellan jorden och solen). Kredit:NASA, ESA, Hubble Heritage Team
För att fastställa detta, forskargruppen vände sig till den äldsta beståndsdelen av meteoriter, kallas kalcium-aluminiuminneslutningar (CAI). De använde en jonmikrosond, elektronbackscatter-bilder och röntgenelementanalyser vid University of Hawaiis Institute of Geophysics and Planetology för att noggrant analysera CAI:erna. De införlivade sedan ett andra isotopsystem (aluminium- och magnesiumisotoper) för att begränsa åldern på CAI, gör kopplingen – för första gången – mellan mängder av syreisotoper och massa 26 aluminiumisotoper.
Från dessa isotoper av aluminium och magnesium, de drog slutsatsen att CAIs bildades cirka 10, 000 till 20, 000 år efter det modermolekylära molnets kollaps.
"Detta är extremt tidigt i solsystemets historia, sa Lyons, som är docent forskningsprofessor vid ASU:s School of Earth and Space Exploration, "så tidigt att det inte skulle finnas tillräckligt med tid för att förändra syreisotoper i solnebulosan."
Konstnärs återgivning av protosunen och solnebulosan. Syreisotoper kan också förändras av ultraviolett ljus (guldpilar) i denna miljö. Kortlivade radiogena isotoper av aluminium (rödbruna vågiga pilar) kan också ha injicerats i solnebulosan. Infällningar visar elektronbackscatter-bilder från två av kalcium-aluminiuminneslutningarna som analyserats för denna studie, och den ungefärliga plats vid vilken dessa högtemperaturkondensat bildades. De nya resultaten som presenteras här indikerar att förändringar av syreisotoper inträffade främst i modermolnet, snarare än i solnebulosan. Jorden och allt på jorden har fått en syreisotopsammansättning som härrör från det molekylära moln från vilket solsystemet bildades. Den vita skalan är tre AU (astronomiska enheter). Kredit:NASA JPL-Caltech/Lyons/ASU
Även om fler mätningar och modelleringsarbete behövs för att fullständigt bedöma konsekvenserna av dessa fynd, de har implikationer för inventeringen av organiska föreningar som är tillgängliga under solsystemet och senare planet- och asteroidbildning.
"Alla begränsningar för mängden ultraviolett bearbetning av material i solnebulosan eller modermolnet är avgörande för att förstå inventeringen av organiska föreningar som leder till liv på jorden, sa Lyons.
