En lys meteoritindeslutning med kaldenavn Curious Marie viser, at et meget ustabilt element, curium, var til stede i det tidlige solsystem.
Nærbillede af en meteoritprøve, der viser en keramisk lignende ildfast optagelse (i lyserød). Ildfaste indeslutninger er de ældste kendte klipper i solsystemet (4,5 milliarder år gamle). En analyse af uranisotopforhold viste, at en langvarig curiumisotop var til stede tidligt i solsystemet, da denne inkludering blev dannet. Se nedenfor for at se hele meteoritten. Billede via Origins Lab, University of Chicago.
Forskere har fundet bevis for, at curium - et sjældent ustabilt tungt element - var til stede under den tidlige dannelse af vores solsystem. Selvom curium for længe siden er henfaldet til en form for uran, forbliver tegn på dens tilstedeværelse i en lyserød keramisk optagelse med tilnavnet Nysgjerrig Marie, en hyldest til Marie Curie, som elementet curium blev navngivet til. Denne opdagelse vil hjælpe forskere med at forfine deres modeller for, hvordan elementer smedes i stjerner og supernovaer, og få en bedre forståelse af den galaktiske kemiske udvikling.
Disse forskere offentliggjorde deres opdagelse i 4. marts 2016, udgave af Videnskabelige fremskridt. François Tissot fra Massachusetts Institute of Technology, studiens hovedforfatter, sagde i en erklæring:
Curium er et undvikende element. Det er et af de tungst kendte elementer, men alligevel forekommer det ikke naturligt, fordi alle dens isotoper er radioaktive og forfalder hurtigt på en geologisk tidsskala.
Nicolas Dauphas fra University of Chicago, en medforfatter af papiret, tilføjede i den samme erklæring:
Den mulige tilstedeværelse af curium i det tidlige solsystem har længe været spændende for kosmochemisterne, fordi de ofte kan bruge radioaktive elementer som kronometre til dato for de relative aldre af meteoritter og planeter.
Francois Tissot i det rene laboratorium og holder et bægerglas indeholdende en ildfast indeslutning opløst i stærke syrer. Billede via Francois Tissot.
Videnskabsmænd opdagede først curium, da de kunstigt oprettede det i et laboratorium i 1944. De har også fundet det som et biprodukt af atomeksplosioner. I dag oprettes curium for det meste til forskningsformål, og det er blevet brugt i røntgenstrålespektrometerinstrumenter i flere NASA-missioner til Mars.
I de sidste 35 år har der været nogen debat om, hvorvidt curium, et af de tunge elementer skabt af supernovaer, havde været til stede i det tidlige solsystem. Indtil nu havde søgninger efter indirekte bevis på curium i meteoritter givet uomstrækkelige resultater.
Det tidlige univers var for det meste brint og helium, der kondenserede til dannelse af galakser. I galakserne blev der skabt mange tunge elementer i det indre af stjerner. De tyngste elementer blev dannet i eksplosionen af meget massive stjerner, kaldet supernovaer.
Alle elementer blev spredt i gasskyer, der senere kondenserede til dannelse af en anden generation af stjerner. Cyklussen gentages derefter for at oprette en tredje generation. Med hver efterfølgende generation blev stjernerne rigere på tunge elementer. Tredje generations stjerner, ligesom vores sol, der har større overflod af tunge elementer, menes at være mere tilbøjelige til at danne planetariske systemer.
Et element defineres af antallet af protoner i dets kerne, kaldet atomnummeret. isotoper er et element, der kan have forskellige antal neutroner i kernen. Nogle isotoper er ustabile og gennemgår radioaktivt henfald. For eksempel henfalder curium-247 med 96 protoner og 151 neutroner i dens kerne til uran-235, der har 92 protoner og 143 neutroner.
Supernova-eksplosioner skaber de tunge elementer som uran og curium. Det meste af uran oprettet på denne måde var i form af uran-238, med mindre mængder uran-235. Curium-isotoper er meget ustabile. Selv dens mindst ustabile isotop, curium-247, findes kun i flere millioner år. Som et resultat er alt naturligt forekommende curium-247 i vores solsystem for længe siden henfaldet til at blive uran-235.
Modeller, der beskriver skabelsen af tunge elementer, forudsiger en lav overflod af curium.
Derfor, i meteoritter med gennemsnitlige eller høje niveauer af uran, vil uran-235, der er skabt ved curiumfald, forekomme i så små mængder at være "tabt i støj" af uranium-235, der er oprettet i supernovaer.
Da curium-247 forfalder over flere millioner år, var det kun materialer, der kondenserede fra gas- og støvskyer i de tidligste stadier af solsystemets dannelse sandsynligvis indeholdt curium. Derfor, hvad forskerne havde brug for, var meteoritter med en lav mængde uran, der havde meget gamle indeslutninger. Blandt disse prøver kan de muligvis finde indeslutninger, der engang indeholdt curium-247, som nu havde mærkbart højere niveauer af uranium-235.
Ved hjælp af Lawrence Grossman fra University of Chicago, også en papirforfatter, kiggede teamet igennem nogle af de ældste kendte meteoritter, kaldet kulstofholdige meteoritter, der er omkring 4,5 milliarder år gamle. Disse meteoritter er også kendt som CAI'er for deres calcium- og aluminiumrige indeslutninger, der var nogle af de første faste materialer, der blev dannet i det tidlige solsystem. CAI'er er også kendt for at have lave niveauer af uran.
Dette falske farvebillede viser et tværsnit af Allende-meteoritten, cirka en hundrededel af en tomme (0,5 millimeter) på tværs. Det er pebret med indeslutninger, der har en keramisk lignende kemi. Calcium er vist i rødt, aluminium i blåt og magnesium i grønt. Disse indeslutninger indeholdt en isotop af curium-247, der havde en halveringstid på 15 millioner år. Bevis for curium blev fundet på grund af en betydelig stigning i uranium-235, der er produceret fra forfaldet af curium-247. Curium blev skabt sammen med andre tunge elementer i supernovaer. Billede via François L.H. Tissot.
Holdet fandt det, de ledte efter, i en meteoritprøve, der havde en lyserød keramisk optagelse, som de fik tilnavnet Nysgjerrig Marie. Sagde Tissot:
Det er netop i denne stikprøve, at vi var i stand til at løse et hidtil uset overskud på 235U. Alle naturlige prøver har en lignende isotopisk sammensætning af uran, men uranet i Curious Marie har seks procent mere 235U, hvilket er en konstatering, der kun kan forklares med levende 247 cm i det tidlige solsystem.
Med dataene fra Nysgjerrig Marie meteoritinddragelse kørte teamet beregninger for at bestemme, hvor meget curium der var til stede i det tidlige solsystem. Ved at sammenligne resultatet med mængder af andre radioaktive isotoper, jod-129 og plutonium-244, bestemte de, at disse isotoper kunne have været produceret sammen ved en enkelt proces i stjerner.
Dauphin tilføjet:
Dette er især vigtigt, fordi det indikerer, at når successive generationer af stjerner dør og skubber ud de elementer, de producerede i galaksen, produceres de tyngste elementer sammen, mens tidligere arbejde antydede, at dette ikke var tilfældet.
Hele meteoritprøven med dens keramiske inklusion (lyserød). Meteoritten er på 1,59 inches (1,5 centimeter) på tværs. Billede via Origins Lab, University of Chicago.
Nederste linje: I 4. marts 2016, udgave af Videnskabelige fremskridt, rapporterer forskere fra MIT og University of Chicago om bevis for, at curium, et sjældent ustabilt tungt element, var til stede i det tidlige solsystem. Beviserne stammer fra en indirekte påvisning af curium i en lyserød keramisk inklusion med kaldenavn Curious Marie.