Csillagdarabok a Naprendszer szélén a TU-tetőn

Az TU Berlin Eugene-Paul-Wigner-fizikai épületének tetején nemcsak egy teleszkóp segítségével nézhetünk be az űrbe. Az épület mellett a kutatók két mikrometeoritot találtak a talajon lévő lerakódásokban. Az egyik valószínűleg a Naprendszer széléből származik.

A 67P/Csurjumov-Gerasimenko üstökös, amelyet 2014. november 20-án fényképeztek az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta szonda által. A Rosetta ekkor mindössze 31 kilométerre volt az üstököstől. Főként, amikor közel van a Naphoz, az üstökös folyamatosan gázt és port szór ki. A portestárnyak akkor mikro-meteoritként érkezhetnek a Földre.

Mikrometeorit fémszemcsével a szélén. Akkor keletkezett, amikor az olvadási fázisban a Föld atmoszférájában a nikkel és a vas elvált a többitől. Hűlés közben ezek az anyagok külön kis golyókká dermedtek. Róla leolvasható, hogyan lépett be a mikrometeorit a légkörbe, nevezetesen a golyóval az élén.

Mikrometeorit teknőrmintázattal, amelyet speciális kristályosodási folyamatok hoztak létre a Föld légkörében. Nagy valószínűséggel a külső Naprendszerből származik, és kómákból származhat, amelyek a Jupiter mellett haladnak el, vagy a Kuipergürtében levő kőzetanyag leválásával keletkezett – olyan távolságban, amely kb. 40-szerese a Föld és a Nap közötti távolságnak.

Polgárok tudósok mikrometeoritokat gyűjtenek az otthonaik tetején, és némi gyakorlással könnyen azonosítják őket egy fénymikroszkóp segítségével. A legtapasztaltabbak közülük most egy berlini TU és a berlini Természettudományi Múzeum kutatócsoportjával, valamint további nemzetközi tudósokkal együtt nagy valószínűséggel sikerült feltárniuk két mikrometeorit keletkezési helyét a Naprendszerben. Mindkettő a TU Berlin Eugene-Paul-Wigner fizikai épületének tetőjén gyűjtött porból származott. Először került alkalmazásra egy számítógépes szimuláció, amely számos lehetséges pályát, részecsketulajdonságot és a kozmikus sugárzás hatását vette figyelembe a mikrometeoritokon. Ezen számítógépes szimuláció adatait összevetették a VERA részecskegyorsítóban, Bécsben végzett mérésekkel, hogy meghatározzák eredési helyüket.

A Scott Peterson az amerikai hadsereg veteránja, Minneapolisban tanul vegyészmérnöki szakon, miközben egyidejűleg háziasszonyként gondoskodik fiáról. Emellett az egyik legképzettebb mikrometeoritgyűjtő a világon. Ez a közösség folyamatosan növekszik, mióta 2015-ben a norvég jazzmuzsikus és polgárcsillagász Jon Larsen az Imperial College Londonnal elsőként bizonyította be, hogy a mikrometeoritok nemcsak távoli helyeken, például az óceánfenéken vagy az Antarktisz jégében fordulnak elő, hanem a háztetőinken is.

Polgárok azonosítják a mikrometeoritokat

„Megkértük Scottt, hogy nézze meg a mintáinkat, mert ő rendelkezik a legjobb szemmel a mikrometeoritok azonosításához mikroszkóp alatt” – meséli Dr. Jenny Feige, aki az Európai Kutatási Tanács ERC-kezdeti támogatásával kutatja a kozmikus port. Kezdetben a TU Berlin Csillagászati és Asztrofizikai Központjában (ZAA), ma pedig a berlini Természettudományi Múzeumban dolgozik, ahol további mikrometeorit-projekteket is folytatnak polgárok közreműködésével. Mielőtt Scott Petersonhoz fordultak volna, a TU fizikai épületének tetején lévő távcsőkupola alatt kutatócsoport felmászott a tetőre, összeszedte a lerakódásokat a sarkokból és begyűjtötte azokat. „Ezt vízbe áztatjuk, hogy a legkisebb leveleket és hasonlókat eltávolítsuk. Ezután 600 fokra hevítjük a mintát, hogy a mikroorganizmusokat és más szerves anyagokat teljesen elpusztítsuk. Ezután a mintát szitáljuk, majd kezdődik a mikrometeoritok keresése” – mondja Feige.

Az orr és a teknőspáncélok nyomában

A minta számtalan 100-500 mikrométeres gömböt tartalmazott, amelyek közül a legtöbb a kutatók szókincsében „emberi eredetű szennyeződésként” szerepelt – vagyis emberi eredetű forrásokból származtak, például izzadságszárításból, tűzijátékról vagy egyszerűen az utcai forgalom fémdarabkáiból. A legutolsó mintában Scott Peterson végül két mikrometeorit talált, amelyek jellemző szerkezetük alapján egy adott osztályhoz tartoznak. Ezek a szerkezetek akkor keletkeznek, amikor kozmikus por részecskék becsapódnak a Föld légkörébe, és a súrlódás hatására a levegő részecskéivel való súrlódásban felmelegszenek, megolvadnak. Átlagosan 90 százalékát veszítik el tömegüknek, majd a lehűlés során a maradék különböző módon kristályosodik ki a belépési szög, sebesség, az atmoszférikus és környezeti feltételek függvényében.

Az egyik mikrometeorit például bizonyos kristályosodási folyamatok révén egy teknőspáncélhoz hasonló mintázatot mutat. A másiknál az olvadási szakaszban a nikkel és a vas elemek elváltak a többitől, majd lehűlés közben egy külön gömbbé dermedtek a mikrometeoriton. „Ebből a ’orrból’ akár arra is következtethetünk, hogyan lépett be a légkörbe, vagyis a gömbbel az élén” – meséli Feige.

A mikrometeoritok a Naprendszer körülményeiről mesélnek

„Még mindig nagy kihívás tudományos szempontból, hogy megtudjuk, honnan származnak a Földön talált mikrometeoritok” – mondja Dr. Beate Patzer, elméleti asztrofizikus a TU Berlin ZAA-járól. „Ez azonban nagyon kívánatos lenne, mert a mikrometeoritok nagyon különböző területekről származhatnak a Naprendszerben, különböző körülmények között. Naponta körülbelül 100 tonna, főként űrből származó por hullik a Földre. A mikrometeoritok jóval gyakoribbak, mint a nagyobb meteoritok, így sokkal több adatot tudnánk gyűjteni róluk, és sok mindent megtanulhatnánk a Naprendszerünkről.”

Repülési idő a Földig

Az egyik módszer a mikrometeorit eredésének meghatározására az, hogy elemzik a hosszú életű, radioaktív izotópokat, amelyek a világegyetemben a sugárzás hatására keletkeztek az útjuk során. „Az eltérő fél-értékidővel rendelkező izotópok aránya és egy fizikai modell segítségével, amely leírja ezen izotópok képződését, meg lehet határozni a kozmikus por részecskék Földre érkezésének idejét – és így eredeti helyüket a Naprendszerben” – magyarázza Patzer.

Első számítógépes szimuláció az elemzéshez

„Első alkalommal készítettünk egy összetett számítógépes szimulációt erre az elemzésre, amely figyelembe veszi a kozmikus por részecskék lehetséges pályáit, a szemcsék méretét, összetételét és sűrűségét, a Nap és a kozmikus sugárzás sugárzási profiljait az interstellaáris térből, az olvadási rátákat az atmoszférába való belépés során, valamint sok más paramétert” – mondja Feige. A kutatók különösen az alumínium-26 és a berillium-10 radioaktív izotópokra koncentráltak.

A mikrometeoritokon lévő rendkívül kis mennyiségű izotópok méréséhez a kutatócsoport a bécsi VERA részecskegyorsítóval működött együtt. A „gyorsítóspektrometria” során a kémiai elemeket nemcsak tömegük szerint, hanem a magban lévő protonok száma szerint is szortírozzák – ez teszi lehetővé az izotópok egyértelmű azonosítását.

Teknőspáncél a Naprendszer széléről

A mikrometeoritokban mért alumínium-26 és berillium-10 koncentrációkat összevetették a számítógépes szimuláció eredményeivel, amelyek a radioizotópok felhalmozódását jósolják a mikrometeoritokban a repülési idő és így a helyszín szerint az űrben. Ez alapján hat mikrometeorit eredetét nem lehetett egyértelműen meghatározni; hat másik mikrometeorit azonban nagy valószínűséggel hozzárendelhető egy eredési helyhez, köztük a két, a TU Berlin tetőjén talált példányhoz: A teknőspáncél mintázatú mikrometeorit a külső Naprendszerből származik, és kisbolygókról, például a Jupiter mellett elhaladó üstökösökről, vagy a Kuipergürtről leválasztott kőzetanyag lehet – olyan távolságban, ami kb. 40-szerese a Föld és a Nap közötti távolságnak. A „orrú” mikrometeorit viszont a belső Naprendszerből származik, a Földhöz közeli objektumokról vagy akár a Mars és a Jupiter közötti aszteroidaövben található testekről.

„Ezzel az eredménnyel meg tudtuk mutatni módszerünk alapvető alkalmasságát” – mondja Feige. „Ez a jövőben lehetővé teszi, hogy még többet tudjunk meg a kozmoszról a mikrometeoritok segítségével. Különösen értékesek ezek az otthoni tetőinkről származó példányok, mert itt nagyon pontosan ismerjük az ott tartózkodásuk idejét a Földön: nem lehetnek idősebbek, mint maga a tető. A mélytengeri vagy az Antarktiszi leleteknél viszont a mikrometeoritok akár millió éveket is eltölthettek ott, ami bizonytalanabbá teszi az eredményeket.”