애리조나 대학이 이끄는 연구팀은 4.5 억년 전 태양계가 탄생하면서 형성된 먼지 입자의 역사를 전례없이 자세하게 재구성했습니다. 이 발견은 행성계의 형성의 근간이되는 근본적인 과정에 대한 통찰을 제공하며, 그 중 다수는 여전히 미스터리에 가려져 있습니다.

연구팀은 양자 역학과 열역학을 결합한 새로운 유형의 프레임 워크를 개발하여 태양계가 원형 행성으로 알려진 가스와 먼지의 소용돌이 디스크 였을 때 곡물이 형성되는 동안 노출 된 조건을 시뮬레이션했습니다. 디스크 또는 태양 성운. 모델의 예측을 샘플의 화학적 구성 및 결정 구조에 대한 매우 상세한 분석과 함께 태양 성운에서 물질이 어떻게 운반되는지에 대한 모델을 비교하여 곡물의 여정과 그 길을 따라 형성 한 환경 조건에 대한 단서를 밝혀 냈습니다. .

이 연구에서 분석 된 곡물은 1969 년 멕시코 치와와 주에 떨어진 아옌데 운석의 샘플에서 발견 된 칼슘-알루미늄이 풍부한 내포물 (CAI)로 알려진 여러 내포물 중 하나입니다. 4.5 억년 전에 태양계에서 형성된 최초의 고체 중 하나로 생각됩니다.

여권의 스탬프가 여행자의 여정에 대한 이야기를 전달하고 도중에 멈추는 것과 유사하게 샘플의 마이크로 및 원자 규모 구조는 노출 된 집단적 환경에 의해 제어되는 형성 이력 기록을 잠금 해제합니다. .

Tom Zega는“우리가 아는 한, 우리 논문은 천문학적 거리의 규모에서 발생했을 가능성이있는 과정에 대한 단서를 제공하는 최초의 원점 이야기를 우리 샘플에서 원자 거리의 규모로 본 것입니다. , 애리조나 대학의 달 및 행성 연구소의 교수이자 논문의 첫 번째 저자이며 행성 과학 저널.

Zega와 그의 팀은 UArizona의 Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility에있는 최첨단 원자 해상도 주사 투과 전자 현미경과 일본 히타치 나카의 Hitachi 공장에있는 자매 현미경을 사용하여 운석에 포함 된 내포물의 구성을 분석했습니다.

내포물은 주로 스피넬 및 페 로브 스카이 트로 알려진 광물 유형으로 구성되어있는 것으로 밝혀졌으며, 이는 지구상의 암석에서도 발생하며 마이크로 전자 공학 및 광전지와 같은 응용 분야의 후보 물질로 연구되고 있습니다.

유사한 종류의 고체는 탄소 질 콘드 라이트로 알려진 다른 유형의 운석에서 발생하는데, 이는 태양계 형성에서 남은 것으로 알려져 있으며 원자재를 제공했을 수있는 유기 분자를 포함하는 것으로 알려져 있기 때문에 행성 과학자들에게 특히 흥미 롭습니다. 평생.

원자의 공간적 배열을 정밀하게 분석함으로써 팀은 기본 결정 구조의 구성을 매우 자세하게 연구 할 수있었습니다. 놀랍게도 일부 결과는 원시 행성 디스크 내부에서 활성화 된 것으로 생각되는 물리적 프로세스에 대한 현재 이론과 상충되어 더 깊이 파헤쳐 야했습니다.

Zega는“우리의 과제는 이러한 내포물의 기원으로 이어진 화학적 경로가 무엇인지 모른다는 것입니다. "자연은 우리의 실험실 비커이며, 그 실험은 우리가 존재하기 수십억 년 전에 완전히 외계 환경에서 이루어졌습니다."

Zega는 연구팀이 원 행성 원반 내부에 샘플이 적용되는 복잡한 화학 공정을 시뮬레이션하는 새로운 모델을 설계함으로써 외계 샘플의 구성을 "역 공학"하기 시작했다고 말했다.

UArizona의 공동 저자이자 부교수 인 Krishna Muralidharan은“이러한 모델은 행성 과학, 재료 과학, 광물 과학 및 현미경 분야에 걸친 전문 지식의 긴밀한 수렴을 필요로합니다. 재료 공학과.

연구진은 샘플에서 얻은 데이터를 바탕으로 현재 지구에서 멀지 않은 원형 행성 원반의 한 영역에서 입자가 형성된 후 점점 더 뜨거워 진 태양에 더 가까이 다가 갔다고 결론지었습니다. 나중에 코스를 역전시키고 어린 태양에서 멀리 떨어진 더 시원한 부분으로 씻으십시오. 결국 그것은 소행성에 통합되었고 나중에 조각으로 부서졌습니다. 그 조각들 중 일부는 지구의 중력에 의해 포착되어 운석으로 떨어졌습니다.

이 연구의 샘플은 운석 내부에서 채취 한 것으로, 환경 영향에 영향을받지 않는 원시적 인 것으로 간주됩니다. 이러한 원시 물질은 4.5 억년 전에 처음 형성된 이후로 별다른 변화가 없었던 것으로 여겨지며 이는 드물다. 비슷한 물체가 소행성 Bennu에서 발생하는지 여부는 2023 년 UArizona가 주도하는 OSIRIS-REx 임무에 의해 샘플이 지구로 반환 될 것입니다. 그때까지 과학자들은 운석을 통해 지구로 떨어지는 샘플에 의존합니다.

이 논문의 공동 저자이자 UArizona 재료 공학과의 연구 조교수 인 Venkat Manga는“이 자료는 4.567 억 XNUMX 만년 전에 태양 성운에서 일어난 일에 대한 유일한 기록입니다. "개별 원자의 길이까지 다양한 규모로 샘플의 미세 구조를 볼 수 있다는 것은 책을 여는 것과 같습니다."

저자는 이와 같은 연구를 통해 행성 과학자들이 "대형 행성 형성 모델"에 한 걸음 더 가까워 질 수 있다고 말했습니다. 디스크 주위를 이동하는 물질, 구성 요소 및 태양을 생성하는 방법에 대한 자세한 이해 그리고 행성.

칠레의 아타 카마 라지 밀리미터 / 서브 밀리미터 어레이 (ALMA)와 같은 강력한 전파 망원경은 이제 천문학 자들이 항성계가 진화함에 따라 볼 수있게 해준다고 Zega는 말했다.

Zega는 "언젠가는 진화하는 디스크를 살펴본 다음 분야간에 데이터를 비교하고 몇 가지 중요한 질문에 답할 수 있습니다."라고 말했습니다. “이 먼지 입자가 우리 태양계에서 발생했다고 생각하는 곳에서 형성되고 있습니까? 모든 항성계에 공통입니까? 태양계에서 볼 수있는 패턴 (중앙 별에 가까운 암석 행성과 멀리 떨어진 가스 거인)을 모든 시스템에서 예상해야합니까?

“이 분야가 매우 빠르게 진화하고있는 상황에서 과학자가되는 것은 정말 흥미로운시기입니다.”라고 그는 덧붙였습니다. "연구자들이 같은 대학의 주요 천문학, 행성 및 재료 과학 부서간에 학제 간 협력을 형성 할 수있는 기관에 있다는 것은 정말 멋진 일입니다."

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이 연구는 시카고 대학의 Fred Ciesla와 Keitaro Watanabe, Hiromi Inada가 공동 저술했으며, 둘 다 일본 Hitachi High-Technologies Corp.의 나노 기술 솔루션 비즈니스 그룹과 함께했습니다.

기금은 NASA의 Emerging Worlds 프로그램을 통해 제공되었습니다. NASA의 Origins 프로그램; 그리고 NASA의 과학 임무 부서가 후원하는 NASA의 외계 행성 시스템 과학 (NExSS) 연구 조정 네트워크. NASA와 National Science Foundation은 LPL의 Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility의 기기에 자금을 제공했습니다.