Исследователи из ETH Zurich установили, что некоторая часть строительного материала Земли изначально была звездной пылью красных гигантов. ETH Zurich также объяснили, почему Земля содержит больше этой звездной пыли, чем астероиды или планета Марс, которые находятся дальше от Солнца.

Около 4,5 миллиардов лет назад межзвездное молекулярное облако разрушилось. В его центре образовалось Солнце, а вокруг него появился диск из газа и пыли, из которого должны были образоваться Земля и другие планеты. Этот тщательно перемешанный межзвездный материал включал в себя экзотические частицы пыли: «Звездная пыль, образовавшаяся вокруг других солнц», — объясняет Мария Шёнбехлер, профессор Института геохимии и петрологии в ETH Zurich и участник PlanetS NCCR. Эти пылинки составляли лишь небольшой процент от всей массы пыли и были неравномерно распределены по всему диску. «Звездная пыль была как соль и перец», — говорит геохимик. По мере формирования планет каждая из них получала свою смесь.

Благодаря чрезвычайно точным методам измерения, исследователи теперь могут обнаружить звездную пыль, которая присутствовала при рождении нашей солнечной системы. Они исследуют конкретные химические элементы и измеряют количество различных изотопов — атомных ароматов данного элемента, которые имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах, но различаются по количеству нейтронов.

«Переменные пропорции этих изотопов (Атом химического элемента, отличающийся от другого атома того же элемента атомным весом) действуют как отпечатки пальцев», — говорит Шенбехлер. «Звездная пыль имеет действительно экстремальные, уникальные количества изотопов и потому что он был неравномерно распределен по протопланетному диску, каждая планета, и каждый астероид получили свои собственные количества изотопов во время своего формирования».

За последние 10 лет исследователи, изучающие образцы горных пород Земли и метеоритов, смогли продемонстрировать эти так называемые изотопные аномалии для все большего количества элементов. Шёнбехлер и ее группа изучают метеориты, которые изначально были частью ядер астероидов, которые были разрушены давным-давно, преобладает в этих метеоритах палладий.

Другие команды уже исследовали соседние элементы в периодической таблице, такие как молибден и рутений, поэтому команда Шенбехлера могла предсказать, какие результаты покажет палладий. Но их лабораторные измерения не подтвердили прогнозы. «Метеориты содержали гораздо меньшие аномалии палладия, чем ожидалось», — говорит Маттиас Эк, постдок (временная позиция в зарубежных вузах и научно-исследовательских учреждениях, которую занимают молодые учёные со степенью кандидата наук) из Университета Бристоля, который проводил измерения изотопов во время своих докторских исследований в ETH.

Теперь исследователи придумали новую модель для объяснения этих результатов, как они сообщают в журнале Nature Astronomy. Они утверждают, что звездная пыль состояла в основном из материала, который был произведен в красных гигантских звездах. Это стареющие звезды, которые расширяются, потому что они исчерпали топливо в своем ядре. Наше солнце тоже станет красным гигантом через 4-5 миллиардов лет.

В этих звездах тяжелые элементы, такие как молибден и палладий, были произведены так называемым процессом медленного захвата нейтронов. «Палладий немного более летуч, чем другие измеренные элементы. В результате вокруг этих звезд была более меньшая его конденсация в пыль, и поэтому в метеоритах, которые мы изучали, меньше палладия из звездной пыли», — говорит Эк.

У исследователей ETH также есть правдоподобное объяснение еще одной загадки звездной пыли: более высокое содержание материала от красных гигантов на Земле по сравнению с Марсом или Вестой или другими астероидами, расположенными на большем расстоянии в Солнечной системе. Эта внешняя область существовала во время скопление материала от взрывов сверхновых.

«Когда планеты образовались, температуры на Солнце были очень высокими», — объясняет Шёнбехлер. Это вызвало испарение неустойчивых частиц пыли, например, с ледяной коркой. Межзвездный материал содержал больше такого рода пыли, которая разрушалась вблизи Солнца, тогда как Звездная пыль от красных гигантов была менее подвержена разрушению и поэтому концентрировалась там. Можно предположить, что пыль, возникающая при взрывах сверхновых, также испаряется легче, поскольку она несколько легче. «Это позволяет нам объяснить, почему Земля обладает наибольшим обогащением звездной пыли от красных гигантских звезд по сравнению с другими телами в Солнечной системе», — говорит Шенбехлер.