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Cosmic symplectite in the meteorite Acfer 094. Credit: Ryan Ogliore , Laboratory for Space Sciences |
La simplectita cósmica registró la irradiación de estrellas masivas cercanas en la nube molecular madre del sistema solar
El entorno astrofísico de nacimiento del Sol afectó a la formación y composición del Sistema Solar. Los meteoritos primitivos muestran anomalías de isótopos de oxígeno independientes de la masa que probablemente fueron causadas por la fotoquímica ultravioleta (UV) de las moléculas de CO en fase gaseosa, ya sea (i) en la nebulosa solar exterior por la luz del joven Sol o (ii) en la nube molecular madre por la luz de estrellas cercanas. Sin embargo, las mediciones de los isótopos de oxígeno por sí solas no pueden restringir de forma inequívoca el espectro UV de la fuente responsable de la fotoquímica. El azufre, con cuatro isótopos estables, puede utilizarse como una sonda más directa del entorno astrofísico de la fotoquímica independiente de la masa. Aquí, informamos del análisis isotópico in situ de la sistemática de isótopos de oxígeno y azufre emparejados en la simplectita cósmica (COS), intercrecimientos de magnetita-pentlandita, en la primitiva condrita carbonácea no agrupada Acfer 094. Mostramos que los granos de COS contienen anomalías isotópicas de azufre independientes de la masa (medias ponderadas de Δ33S = +3,84 ± 0,72‰ y Δ36S = -6,05 ± 2,25‰, 2SE) consistentes con la fotoquímica del H2S por UV de estrellas masivas O y B cercanas a la nube molecular madre del Sistema Solar, e inconsistentes con la UV del protosol. La presencia de anomalías isotópicas acopladas de azufre y oxígeno independientes de la masa (Δ17O = 86 ± 6‰, 2SE) en el COS implica que estas anomalías se originaron en el mismo entorno astrofísico. Proponemos que este entorno es la región de fotodisociación (PDR) de la nube molecular madre del Sistema Solar, donde las estrellas masivas cercanas irradiaron el borde de la nube. Concluimos que los vecinos estelares del Sol, probablemente estrellas O y B en una región de formación estelar masiva, afectaron a la composición de los bloques de construcción primordiales del Sistema Solar.
En 2011, los científicos confirmaron una sospecha: Había una división en el cosmos local. Muestras del viento solar traídas a la Tierra por la misión Génesis determinaron definitivamente que los isótopos de oxígeno en el sol difieren de los encontrados en la Tierra, la Luna y los demás planetas y satélites del sistema solar.
Al principio de la historia del sistema solar, el material que más tarde se convertiría en planetas recibió una fuerte dosis de luz ultravioleta, lo que puede explicar esta diferencia. ¿De dónde procede? Surgieron dos teorías: O bien la luz ultravioleta procedía de nuestro entonces joven sol, o bien de una gran estrella cercana en la guardería estelar del sol.
Ahora, los investigadores del laboratorio de Ryan Ogliore, profesor adjunto de física en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en San Luis, han determinado cuál fue la responsable de la división. Lo más probable es que fuera la luz de una estrella masiva muerta hace mucho tiempo la que dejó esta huella en los cuerpos rocosos del sistema solar. El estudio ha sido dirigido por Lionel Vacher, investigador postdoctoral asociado del Laboratorio de Ciencias Espaciales del departamento de física.
Sus resultados se publican en la revista Geochimica et Cosmochimica Acta.
"Sabíamos que habíamos nacido de polvo de estrellas: es decir, que el polvo creado por otras estrellas de nuestro vecindario galáctico formaba parte de los bloques de construcción del sistema solar", dijo Ogliore.
"Pero este estudio demostró que la luz de las estrellas también tuvo un profundo efecto en nuestros orígenes".
Pequeña cápsula del tiempo
Toda esa profundidad estaba empaquetada en apenas 85 gramos de roca, un trozo de asteroide encontrado como meteorito en Argelia en 1990, llamado Acfer 094. Los asteroides y los planetas se formaron a partir del mismo material presolar, pero han sido influenciados por diferentes procesos naturales. Los bloques rocosos que se unieron para formar los asteroides y los planetas se rompieron y golpearon; se vaporizaron y recombinaron; y se comprimieron y calentaron. Sin embargo, el asteroide del que procede Acfer 094 consiguió sobrevivir durante 4.600 millones de años casi sin sufrir daños.
"Se trata de uno de los meteoritos más primitivos de nuestra colección", afirma Vacher. "No se calentó de forma significativa. Contiene regiones porosas y granos diminutos que se formaron alrededor de otras estrellas. Es un testigo fiable de la formación del sistema solar".
Acfer 094 es también el único meteorito que contiene simplectita cósmica, un crecimiento intermedio de óxido de hierro y sulfuro de hierro con isótopos de oxígeno extremadamente pesados, un hallazgo significativo.
El Sol contiene aproximadamente un 6% más del isótopo de oxígeno más ligero en comparación con el resto del sistema solar. Esto puede explicarse porque la luz ultravioleta que incide sobre los componentes del sistema solar rompe selectivamente el gas de monóxido de carbono en sus átomos constituyentes. Este proceso también crea una reserva de isótopos de oxígeno mucho más pesados. Sin embargo, hasta la simplectita cósmica, nadie había encontrado esta firma de isótopos pesados en muestras de materiales del sistema solar.
Sin embargo, con sólo tres isótopos, el simple hecho de encontrar los isótopos pesados de oxígeno no era suficiente para responder a la pregunta sobre el origen de la luz. Otros espectros ultravioletas podrían haber dado el mismo resultado.
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| 181-825 es uno de los brillantes proplyds -discos protoplanetarios- que se encuentra relativamente cerca de la estrella más brillante de la nebulosa de Orión, Theta 1 Orionis C. Parecido a una pequeña medusa, este proplyd está rodeado por una onda de choque que es causada por el viento estelar de la masiva Theta 1 Orionis C que interactúa con el gas en la nebulosa. Crédito: NASA/ESA y L. Ricci [ESO]. |
"Fue entonces cuando a Ryan se le ocurrió la idea de los isótopos del azufre", dijo Vacher.
Los cuatro isótopos del azufre dejarían sus huellas en diferentes proporciones según el espectro de luz ultravioleta que irradiara el gas de sulfuro de hidrógeno en el sistema proto-solar. Una estrella masiva y una estrella joven similar al sol tienen espectros ultravioletas diferentes.
La simplectita cósmica se formó cuando los hielos del asteroide se fundieron y reaccionaron con pequeños trozos de metal de hierro-níquel. Además de oxígeno, la simplectita cósmica contiene azufre en el sulfuro de hierro. Si su oxígeno fue testigo de este antiguo proceso astrofísico -que dio lugar a los isótopos de oxígeno pesados-, tal vez su azufre también lo fue.
"Desarrollamos un modelo", dijo Ogliore. "Si tuviera una estrella masiva, ¿qué anomalías isotópicas se crearían? ¿Y en el caso de una estrella joven, similar al sol? La precisión del modelo depende de los datos experimentales. Afortunadamente, otros científicos han hecho grandes experimentos sobre lo que ocurre con las proporciones de isótopos cuando el sulfuro de hidrógeno es irradiado por la luz ultravioleta".
Las mediciones de los isótopos de azufre y oxígeno de la simplectita cósmica en Acfer 094 demostraron ser otro desafío. Los granos, de decenas de micrómetros y una mezcla de minerales, requirieron nuevas técnicas en dos espectrómetros de masas de iones secundarios in situ diferentes: el NanoSIMS del departamento de física (con la ayuda de Nan Liu, profesor asistente de investigación en física) y el 7f-GEO del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias, también en Artes y Ciencias.
Armar el rompecabezas
Ayudó tener amigos en las ciencias de la tierra y planetarias, especialmente David Fike, profesor de ciencias de la tierra y planetarias y director de estudios medioambientales en Artes y Ciencias, así como director del Centro Internacional de Energía, Medio Ambiente y Sostenibilidad, y Clive Jones, científico investigador en ciencias de la tierra y planetarias.
"Son expertos en mediciones de isótopos de azufre in situ de alta precisión para la biogeoquímica", dijo Ogliore. "Sin esta colaboración, no habríamos logrado la precisión que necesitábamos para diferenciar entre los escenarios de sol joven y estrella masiva".
Las mediciones de isótopos de azufre de la simplectita cósmica eran coherentes con la irradiación ultravioleta de una estrella masiva, pero no se ajustaban al espectro UV del sol joven. Los resultados ofrecen una perspectiva única del entorno astrofísico del nacimiento del Sol hace 4.600 millones de años. Es probable que las estrellas masivas vecinas estuvieran lo suficientemente cerca como para que su luz afectara a la formación del sistema solar. Una estrella masiva tan cercana en el cielo nocturno aparecería más brillante que la luna llena.
Hoy en día, podemos mirar al cielo y ver cómo se desarrolla una historia de origen similar en otros lugares de la galaxia.
"En la nebulosa de Orión vemos sistemas planetarios incipientes, denominados propulsores, que están siendo fotoevaporados por la luz ultravioleta de las estrellas masivas O y B cercanas", explica Vacher.
"Si los proplyds están demasiado cerca de estas estrellas, pueden desgarrarse, y los planetas nunca se forman. Ahora sabemos que nuestro propio sistema solar en su nacimiento estaba lo suficientemente cerca como para ser afectado por la luz de estas estrellas", dijo. "Este trabajo ha sido financiado por el Centro McDonnell de Ciencias Espaciales de la Universidad de Washington en San Luis y por la subvención NNX14AF22G de la NASA.
Fuentes, creditos y referencias:
Más información: Lionel G. Vacher et al, La simplectita cósmica registró la irradiación de estrellas masivas cercanas en la nube molecular madre del sistema solar, Geochimica et Cosmochimica Acta (2021). DOI: 10.1016/j.gca.2021.06.026
Información de la revista: Geochimica et Cosmochimica Acta
Proporcionado por la Universidad de Washington en San Luis