Ein rosafarbener Meteoriteneinschluss mit dem Spitznamen Curious Marie zeigt, dass ein höchst instabiles Element, Curium, im frühen Sonnensystem vorhanden war.
Nahaufnahme einer Meteoritenprobe, die einen keramikähnlichen feuerfesten Einschluss zeigt (in pink). Feuerfeste Einschlüsse sind die ältesten bekannten Gesteine im Sonnensystem (4,5 Milliarden Jahre alt). Eine Analyse der Uranisotopenverhältnisse zeigte, dass ein langlebiges Curiumisotop früh im Sonnensystem vorhanden war, als dieser Einschluss gebildet wurde. Schauen Sie unten, um den gesamten Meteoriten zu sehen. Bild über Origins Lab, Universität von Chicago.
Forscher haben Beweise dafür gefunden, dass Curium - ein seltenes instabiles schweres Element - während der frühen Bildung unseres Sonnensystems vorhanden war. Auch wenn Curium längst in eine Uranform zerfallen ist, bleiben Anzeichen seiner Anwesenheit in einem rosafarbenen Keramikeinschluss mit dem Spitznamen erhalten Neugierige Marieeine Hommage an Marie Curie, nach der das Element Curium benannt wurde. Diese Entdeckung wird Wissenschaftlern helfen, ihre Modelle zu verfeinern, wie Elemente in Sternen und Supernovae geschmiedet werden, und ein besseres Verständnis der galaktischen chemischen Evolution zu erlangen.
Diese Wissenschaftler haben ihre Entdeckung in der Ausgabe vom 4. März 2016 veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft. François Tissot vom Massachusetts Institute of Technology, dem Hauptautor der Studie, sagte in einer Erklärung:
Curium ist ein schwer fassbares Element. Es ist eines der bekanntesten Elemente, kommt jedoch nicht auf natürliche Weise vor, da alle Isotope radioaktiv sind und im geologischen Zeitmaßstab schnell zerfallen.
Nicolas Dauphas von der University of Chicago, Mitautor des Papers, fügte in derselben Erklärung hinzu:
Die mögliche Anwesenheit von Curium im frühen Sonnensystem war für Kosmochemiker lange Zeit aufregend, da sie häufig radioaktive Elemente als Chronometer verwenden können, um das relative Alter von Meteoriten und Planeten zu bestimmen.
Francois Tissot hält im sauberen Labor ein Becherglas mit einem in starken Säuren gelösten feuerfesten Einschluss. Bild über François Tissot.
Wissenschaftler entdeckten Kurium erstmals, als sie es 1944 in einem Labor künstlich herstellten. Sie fanden es auch als Nebenprodukt von nuklearen Explosionen. Heute wird Curium hauptsächlich zu Forschungszwecken hergestellt und in Röntgenspektrometer-Instrumenten in mehreren NASA-Missionen zum Mars eingesetzt.
In den letzten 35 Jahren gab es einige Debatten darüber, ob Curium, eines der schweren Elemente, die durch Supernovae erzeugt wurden, im frühen Sonnensystem vorhanden war. Die Suche nach indirektem Nachweis von Curium in Meteoriten hatte bisher zu nicht schlüssigen Ergebnissen geführt.
Das frühe Universum bestand hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, die sich zu Galaxien verdichteten. In den Galaxien sind im Inneren der Sterne viele schwere Elemente entstanden. Die schwersten Elemente bildeten sich bei der Explosion von sehr massereichen Sternen, den Supernovae.
Alle Elemente wurden in Gaswolken zerstreut, die später zu einer weiteren Generation von Sternen kondensierten. Der Zyklus würde sich dann wiederholen, um eine dritte Generation zu erzeugen. Mit jeder Generation wurden die Sterne schwerer. Es wird angenommen, dass Sterne der dritten Generation, wie unsere Sonne, die einen höheren Anteil schwerer Elemente aufweisen, eher Planetensysteme bilden.
Ein Element wird durch die Anzahl der Protonen in seinem Kern definiert, die als Ordnungszahl bezeichnet wird. Isotope sind ein Element, das unterschiedliche Anzahlen von Neutronen im Kern haben kann. Einige Isotope sind instabil und zerfallen radioaktiv. Beispielsweise zerfällt Curium-247 mit 96 Protonen und 151 Neutronen im Kern zu Uran-235 mit 92 Protonen und 143 Neutronen.
Supernova-Explosionen erzeugen die schweren Elemente wie Uran und Kurium. Das meiste auf diese Weise erzeugte Uran lag in Form von Uran-238 mit geringeren Mengen an Uran-235 vor. Curiumisotope sind sehr instabil. Selbst das am wenigsten instabile Isotop Curium-247 existiert nur für einige Millionen Jahre. Infolgedessen ist alles natürlich vorkommende Curium-247 in unserem Sonnensystem längst zu Uran-235 zerfallen.
Modelle, die die Entstehung schwerer Elemente beschreiben, prognostizieren einen geringen Anteil an Kurium.
Daher würde bei Meteoriten mit durchschnittlichem oder hohem Urangehalt das aus dem Zerfall von Curium entstandene Uran-235 in so geringen Mengen vorkommen, dass es im Lärm des in Supernovae entstandenen Uran-235 „verloren geht“.
Da Curium-247 über mehrere Millionen Jahre zerfällt, war es wahrscheinlich, dass nur Materialien, die in den frühesten Stadien der Entstehung des Sonnensystems aus Gas- und Staubwolken kondensierten, Curium enthielten. Daher brauchten die Forscher Meteoriten mit einem geringen Anteil an Uran, die sehr alte Einschlüsse aufwiesen. Unter diesen Exemplaren finden sie möglicherweise Einschlüsse, die einst Curium-247 enthielten und jetzt deutlich höhere Uran-235-Gehalte aufwiesen.
Mit Hilfe von Lawrence Grossman von der University of Chicago, ebenfalls Mitautor der Zeitung, durchsuchte das Team einige der ältesten bekannten Meteoriten, sogenannte kohlenstoffhaltige Meteoriten, die etwa 4,5 Milliarden Jahre alt sind. Diese Meteoriten sind auch als CAIs bekannt, da sie kalzium- und aluminiumreiche Einschlüsse enthalten, die zu den ersten festen Materialien im frühen Sonnensystem gehörten. CAIs sind auch dafür bekannt, dass sie einen niedrigen Urangehalt haben.
Dieses Falschfarbenbild zeigt einen Querschnitt des Allende-Meteoriten mit einem Durchmesser von ungefähr einem Hundertstel Zoll (0,5 Millimeter). Es ist mit Einschlüssen gespickt, die eine keramikähnliche Chemie aufweisen. Calcium ist in Rot, Aluminium in Blau und Magnesium in Grün dargestellt. Diese Einschlüsse enthielten ein Curium-247-Isotop mit einer Halbwertszeit von 15 Millionen Jahren. Hinweise auf Curium wurden aufgrund eines signifikanten Anstiegs von Uran-235 gefunden, das durch den Zerfall von Curium-247 erzeugt wird. Curium wurde zusammen mit anderen schweren Elementen in Supernovae erzeugt. Bild über François L. H. Tissot.
Das Team fand, wonach es suchte, in einer Meteoritenprobe, die einen rosafarbenen Keramikeinschluss aufwies, den sie als Spitznamen verwendeten Neugierige Marie. Sagte Tissot:
In diesem Beispiel konnten wir einen beispiellosen Überschuss von 235U beheben. Alle natürlichen Proben haben eine ähnliche Isotopenzusammensetzung von Uran, aber das Uran in Curious Marie hat sechs Prozent mehr 235U, eine Entdeckung, die nur durch lebende 247Cm im frühen Sonnensystem erklärt werden kann.
Mit den Daten aus dem Neugierige Marie Beim Einschluss von Meteoriten führte das Team Berechnungen durch, um festzustellen, wie viel Kurium im frühen Sonnensystem vorhanden war. Beim Vergleich des Ergebnisses mit Mengen anderer radioaktiver Isotope, Iod-129 und Plutonium-244, stellten sie fest, dass diese Isotope durch einen einzigen Prozess in Sternen zusammen hergestellt worden sein könnten.
Dauphin fügte hinzu:
Dies ist besonders wichtig, da dies darauf hindeutet, dass die schwersten Elemente zusammen produziert werden, wenn aufeinanderfolgende Generationen von Sternen sterben und die von ihnen produzierten Elemente in die Galaxie schleudern, während frühere Arbeiten darauf hingewiesen hatten, dass dies nicht der Fall war.
Die gesamte Meteoritenprobe mit Keramikeinschluss (pink). Der Meteorit hat einen Durchmesser von 1,5 Zentimetern. Bild über Origins Lab, Universität von Chicago.
Fazit: In der Ausgabe vom 4. März 2016 von Fortschritte in der WissenschaftForscher vom MIT und der University of Chicago berichten von Beweisen, dass Curium, ein seltenes instabiles schweres Element, im frühen Sonnensystem vorhanden war. Die Beweise stammen aus einem indirekten Nachweis des Kuriums in einer rosafarbenen Keramikaufnahme mit dem Spitznamen Curious Marie.