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Mainzer Max-Planck-Forscher entwickeln verbessertes Verfahren für die Sternenstaubanalyse: Viele Sternenstaubkörner in Meteoriten sind bisher vermutlich unentdeckt geblieben.
Auch kleinste Staubkörner können Geschichten erzählen. Vor allem, wenn sie aus dem Weltall stammen. Meteorite enthalten kleinste Mengen sogenannten Sternenstaubs, der seinen Ursprung in alternden, sich auflösenden Sternen hat und älter als unser Sonnensystem ist. Dieser Sternenstaub ist Teil des Rohstoffs, aus dem vor etwa 4,6 Milliarden Jahren unsere Planeten und die Meteoriten-Mutterkörper, die Asteroiden, entstanden sind. Peter Hoppe und sein Team am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz konnten nun herausfinden, dass eine Vielzahl der Silikat-Sternenstaubkörner in den Meteoriten viel kleiner ist, als bisher angenommen. Viele von ihnen sind deshalb bei bisherigen Untersuchungen vermutlich übersehen worden, sodass die Wissenschaftler davon ausgehen, dass die Masse der Silikat-Sternenstaubkörner in den Meteoriten mindestens doppelt so groß ist als bisher gedacht.
Die Max-Planck-Wissenschaftler gelangten zu den neuen Erkenntnissen, indem sie ihre Untersuchungsmethode veränderten. Mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde fertigten die Mainzer wie gewohnt „Landkarten“ von dünngeschliffenen Meteoritenproben an. Im Submikrometerbereich wird dabei die Verteilung der Häufigkeit bestimmter Isotope gemessen. Dazu wird die Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl abgerastert und die dabei aus der Probe herausgeschlagenen Teilchen massenspektrometrisch analysiert. Doch für die neue Entdeckung war der übliche Ionenstrahl mit seinen 100 Nanometern noch zu breit. „Bisher konnten nur Sternenstaubkörner mit einer Größe von mindestens etwa 200 Nanometern zuverlässig gefunden werden. Wir haben den Ionenstrahl für unsere Untersuchungen verkleinert und konnten so noch viele kleinere Sternenstaubkörner sichtbar machen“, erläutert Peter Hoppe, Gruppenleiter am MPI für Chemie. Diese Methode sei bisher immer als zu ineffizient zur Probenvermessung angesehen worden, erklärt er weiter. „Mit der herkömmlichen, gröberen Methode kann man 10-mal mehr Fläche in der gleichen Zeit abscannen.“ Die Forscher wurden für ihre Geduld belohnt und fanden in den Isotopenbildern der Meteoritendünnschliffe ungeahnt viele „Hotspots“ mit anomalen Isotopenhäufigkeiten, über die sich der Silikat-Sternenstaub bemerkbar macht. „Offensichtlich sind viele der Silikat-Sternenstaubkörner kleiner als bisher gedacht. Mit der bisherigen Methode sind meteoritische Sternenstaubkörner mit einer Größe von weniger als etwa 200 Nanometer größtenteils nicht entdeckt worden“, schlussfolgert Peter Hoppe.
Aufbauend auf den neuen Ergebnissen lässt sich vermuten, dass der Silikat-Sternenstaub einige Prozent des Staubs in der interstellaren Urmasse unseres Sonnensystems ausmachte. Damit legt die Entdeckung der MPI für Chemie Forscher den Schluss nahe, dass Silikat-Sternenstaub ein noch wichtigerer Baustein für die Entstehung unseres Sonnensystems war, als bislang gedacht.
Hintergrundinfos:
Ein wichtiger Bestandteil der Silikate ist Sauerstoff. Anders als beispielsweise Siliziumkarbid-Sternenstaub können Silikat-Sternenstaubkörner nicht durch chemische Methoden aus den Meteoriten separiert werden. Sie blieben deshalb lange unentdeckt. Erst mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde konnte 2002 das erste Silikat-Sternenstaubkörnchen als sogenannter Hotspot in Isotopenhäufigkeitsbildern des Sauerstoffs identifiziert werden. Bei der NanoSIMS-Ionensonde handelt es sich um ein sogenanntes Sekundärionen-Massenspektrometer, mit dem Isotopenmessungen im nanoskaligen Bereich gemacht werden können.
Hotspots sind Bereiche mit ungewöhnlichen Isotopenhäufigkeiten, den Fingerabdrücken der Muttersterne, die sich bei der Vermessung von Proben eindeutig in den Isotopenhäufigkeitsbildern identifizieren lassen. Bei den Isotopen eines chemischen Elements ist die Anzahl der Protonen im Atomkern gleich, die Zahl der Neutronen aber unterschiedlich.
Allgemein: Meteoroide sind Bruchstücke von Asteroiden (felsige und metallhaltige Kleinplaneten), die als Himmelskörper um die Sonne kreisen. Gelangen Meteoroide auf die Erde, ohne in der Erdatmosphäre zu verglühen, werden sie als Meteorite bezeichnet. Es wird unterschieden zwischen Stein-, Stein-Eisen- und Eisen-Meteoriten. Die von den Forschern untersuchten Meteorite Queen Alexandra Range (QUE) 99177, Meteorite Hills (MET) 00426 und Acfer 094 sind sogenannte kohlige Chondrite, welche zur Gruppe der Steinmeteorite gehören.
Originalpublikation:
“The Stardust Abundance in the Local Interstellar Cloud at the Birth of the Solar System”: Peter Hoppe, Jan Leitner, János Kodolányi, Nature Astronomy, 14. August 2017, DOI: 10.1038/s41550-017-0215
Im Bild (b) erkennt man als Hotspot ein etwa 130 Nanometer großes Silikat-Sternenstaubkorn. Viele St ...
Quelle: Peter Hoppe, MPIC + Nature Astronomy
Stardust hitches a ride on meteorites more often than previously thought
Mainz-based Max Planck researchers develop improved methods for stardust analysis: Many stardust grains in meteorites have probably gone undiscovered
Even tiny dust particles have stories to tell − especially when they come from outer space. Meteorites contain tiny amounts of what is popularly known as stardust, matter originating from dying stars. Such stardust is part of the raw material from which some 4.6 billion years ago our planets and the meteorite parent bodies, the so-called asteroids, emerged. Peter Hoppe and his team at the Max Planck Institute for Chemistry in Mainz have now discovered that many of the silicate stardust particles in meteorites are much smaller than was previously thought. To date, many of them have therefore probably been overlooked in studies, leading the scientists to believe that the mass of the silicate stardust particles in meteorites is at least twice as large as previously assumed.
The Max Planck scientists obtained the new findings by changing their investigational methods. Using the NanoSIMS ion probe, the researchers in Mainz produced “maps” of thinly sectioned meteorite samples. Such maps show the abundance distribution of specific isotopes in the submicrometre range. The sample is first scanned with a focused ion beam. The particles knocked out of the sample in the process are then analyzed by mass spectrometry. However, even the usual 100-nanometre-wide ion beam was too wide for the latest discovery. “Until now, it was only possible to reliably find stardust grains measuring at least about 200 nanometres. We’ve narrowed the ion beam for our investigations, which means that we’re able to detect many smaller stardust grains,” Peter Hoppe, Group Leader at the MPI for Chemistry, explains. This method was always thought to be too ineffective for sampling, he continues. “Using the conventional, coarser method, you can scan an area ten times greater in the same amount of time.” The researchers were rewarded for their patience and found an unexpectedly high number of “hotspots” with anomalous isotopic abundances in the images of the meteoritic thin sections, indicating the presence of silicate stardust. “Evidently, many of the silicate stardust grains are smaller than was previously thought. With the conventional method, meteoritic stardust grains measuring less than about 200 nanometres have for the most part gone undiscovered,” Peter Hoppe concludes.
Based on the new findings, it is suspected that silicate stardust makes up several percent of the dust in the interstellar proto-mass of our solar system. The discovery by the researchers at the MPI for Chemistry therefore suggests that silicate stardust was a more important component in the birth of our solar system than had been assumed.
Background information:
A chief component of silicates is oxygen. Unlike silicon carbide stardust, for example, silicate stardust grains cannot be separated from meteorites by chemical methods. Because of this, they remained undetected for a long time. It was only with the help of the NanoSIMS ion probe that the first silicate stardust particle was identified as a “hotspot” in oxygen isotope abundance maps in 2002. The NanoSIMS ion probe is a secondary ion mass spectrometer that is able to measure isotopes on the nanoscale.
Hotspots are areas with unusual isotopic abundances – the fingerprints of the parent stars, which can be clearly identified in the isotope abundance images obtained by measuring the samples. Isotopes of a chemical element have the same number of protons but a different number of neutrons in the nucleus.
In general: Meteoroids are fragments of asteroids (rocky and metal-containing small planets), which circle around the sun as celestial bodies. If meteoroids reach the Earth and survive atmospheric entry, they are called meteorites. A distinction is made between stony, stony-iron and iron meteorites. The Queen Alexandra Range (QUE) 99177, Meteorite Hills (MET) 00426 and Acfer 094 meteorites surveyed by the MPI for Chemistry researchers are a so-called carbonaceous chondrites, which belong to the group of stony meteorites.
Original publication:
“The Stardust Abundance in the Local Interstellar Cloud at the Birth of the Solar System”: Peter Hoppe, Jan Leitner, János Kodolányi, Nature Astronomy, 14. August 2017, DOI: 10.1038/s41550-017-0215
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Im Bild (b) erkennt man als Hotspot ein etwa 130 Nanometer großes Silikat-Sternenstaubkorn. Viele St ...
Quelle: Peter Hoppe, MPIC + Nature Astronomy
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