전극성 입자

Presolar grains
스타더스트 우주선을 실은 보잉 델타 II 로켓이 발사를 기다리고 있습니다.스타더스트는 2004년 1월 와일드 2 혜성과 근접 조우했으며 태양 전 성간 입자를 포함한 성간 먼지도 수집했다.

전극성 알갱이는 태양이 형성되기 전에 생성된 아주 작은 고체 알갱이 형태의 성간 고체 물질이다.이전의 태양 전 별에서 방출되고 냉각되는 가스 내에서 전극성 별 먼지 알갱이가 형성되었습니다.

각 태양 전 별에서 일어난 별의 핵 합성은 각 과립에 그 모항성에 고유한 동위원소 구성을 제공하며, 이는 우리 태양계 물질의 동위원소 구성뿐 아니라 은하 평균과도 다릅니다.이러한 동위원소 신호는 종종 모항성 내에서 일어난 매우 특정한 천체물리학적 핵 과정을[1] 지문으로 찍어내고 그들의 태양 전 [2][3]기원을 증명합니다.

용어.

운석학자들은 종종 별 한 개에서 유래하고 연구를 위해 운석으로부터 추출한 곡류인 별가루를 나타내기 위해 이 용어를 사용한다.그러나 대부분의 성간 입자는 하나의 별에서 온 별가루가 아니기 때문에, 대신에 더 작은 전극 입자에 의해 축적된 성간 구름 물질이기 때문에, 대부분의 전극 입자도 별가루가 아닙니다.논리적으로 모든 별가루가 전극 입자이지만 전극 입자가 모두 별가루인 것은 아니다.그러나 이 혼돈스러운 용어는 서로 바꿔서 사용하는 것을 선호하는 21세기 기상학자들 사이에 깊이 자리 잡고 있기 때문에 두 사용법 모두 스타더스트에 대해 전극성 스타더스트 입자라는 표현을 사용하거나 사용해야 한다.

역사

1960년대에 네온과[4][5] 크세논은 원시 운석에서 특이한 동위원소 비율을 가진 것으로 밝혀졌다.그들의 기원과 그것들을 포함하고 있는 물질의 종류는 미스터리였다.이러한 발견은 질량 분석계 내에서 운석의 부피 표본을 증발시켜 포함물로 갇힌 극소량의 귀가스 동위원소의 상대적 풍부함을 계산함으로써 이루어졌다.1970년대에도 비슷한 실험으로 포획된 제논 [6]동위원소의 성분이 더 많이 발견되었다.제논 동위원소 구성 요소의 기원에 대한 경쟁적인 추측은 모두 초기에 균일한 태양 가스 구름 내의 프로세스에 의해 변화가 발생했다는 기존 패러다임 내에서 진전되었다.

해석에 대한 새로운 이론적 프레임워크는 도널드 D가 1970년대에 발전했다. 클레이튼은 태양계가 균일하게 뜨거운 [7]가스로 시작됐다는 운석학자들의 일반적인 믿음을 거부했다.대신 그는 다른 유형의 별들로부터 질량이 손실되는 동안 응축된 성간 입자 안에서 특이하지만 예측 가능한 동위원소 구성이 발견될 것이라고 예측했다.그는 그러한 입자들이 성간 매질 [7][8]전체에 존재한다고 주장했다.클레이튼이 1975년에 이 아이디어를 사용한 첫 번째 논문은 멸종된 방사능 [9]활동을 정의한 Ne와 Xe의 방사성 동위원소가 풍부한 초신성 입자로 채워진 성간 매체를 묘사했다.클레이튼은 적색 거성의 별 먼지, 초신성의 선원(SUPERNOva CONdensates의 선원), 차가운 구름의 기체 원자와 분자의 부착에 의한 성운 응축, 그리고 노바 [7]응축에 의한 성운 등 여러 종류의 별 먼지 전극 입자를 정의했습니다.이 그림의 활발하고 지속적인 발전에도 불구하고, 클레이튼의 제안은 운석 안에서 그러한 알갱이가 발견되기 전까지 10년 동안 다른 사람들의 지지를 받지 못했다.

운석 내에 천진의 존재의 첫번째 애매하지 않은 결과 에드워드 앤더슨의 Chicago,[10]에 전통적인 질량 분석기는 제논 동위 원소 abundances은 운석 대부분 남는 acid-insoluble 탄소를 포함한 찌꺼기 내에 포함된 산과 일치에 용해되어 왔다 발견 실험실에서 왔다.almost 적색거성 [8]우주진에서 동위원소 제논에 대한 정확한 예측.별가루 알갱이가 앤더스의 산성 불용성 잔류물 안에 들어 있는 것이 확실해 보였다.실제 별똥별 입자를 찾아 문서화하는 것은 입자를 찾고 그들의 동위원소가 적색 거성 안에 있는 입자와 일치한다는 것을 보여주는 훨씬 더 어려운 도전이었다.크세논 운반체의 개별 입자를 분리하려는 시도가 10년 동안 강도 높은 실험 탐색을 거듭했다.하지만 스타더스트를 발견하기 위해 정말로 필요한 것은 하나의 입자 안에 더 적은 수의 원자를 측정할 수 있는 새로운 유형의 질량 분석계였다.스패터링 이온 탐침은 그러한 기기를 시연하기 위해 여러 연구소에 의해 추구되었다.하지만 현대의 이온 탐침은 기술적으로 훨씬 더 나은 것이 필요했다.

1987년에 다이아몬드[11] 알갱이와 탄화규소[12] 알갱이는 동일한 산 불용성 잔류물에 풍부하게 존재하고 고농도의 희가스를 함유하고 있는 것으로 밝혀졌다.이들 [13]입자의 구조 화학 요소 내에서 2차 이온 질량 분석(SIMS)의 개선으로 상당한 동위원소 이상이 측정되었다.개선된 SIMS 실험은 각 SiC 입자 내의 실리콘 동위원소는 태양 동위원소 비율이 아니라 특정 적색 거성에서 예상되는 비율을 가지고 있다는 것을 보여주었다.따라서 스타더스트의 발견은 [12]1987년으로 거슬러 올라간다.미시적 별가루 입자의 구조 요소(예: SiC 입자의 실리콘)의 동위원소 농도를 측정하기 위해서는 두 가지 어려운 기술적, 과학적 단계가 필요했다. 1) 운석의 압도적인 질량 내에 미크론 크기의 별가루 입자를 위치시키는 것; 2) 측정하기에 충분히 높은 수준으로 SIMS 기술의 발전.미크론 크기의 곡물 내 동위원소 농도의 비율.Ernst Zinner는 [14][15]미세 입자에 대한 SIMS 응용 분야에서 중요한 리더가 되었습니다.

머치슨 운석의 전극 입자

2020년 1월, 1969년 호주에서 발견된 머치슨 운석의 분석 결과, 별가루가 지구의 46억년 된 태양보다 오래된 50억에서 70억년 전에 형성되었다는 것이 밝혀졌고, 이 운석과 별가루는 지금까지 [16][17][18]발견된 것 중 가장 오래된 고체 물질이 되었다.

운석 내

전극성 입자는 태양이 형성되기 전에 성간 가스에 포함되어 있던 고체 물질이다.우주진 성분은 비정상적인 동위원소 함량으로 실험실에서 확인할 수 있으며 태양 성운의 붕괴와 그에 따른 미행성 [19]형성에 살아남은 내화성 광물로 구성됩니다.

운석 연구자들에게, 전극 입자라는 용어는 운석에서 발견되는 전극 입자를 의미하게 되었는데, 이 입자는 압도적으로 별가루로 구성되어 있다.다른 많은 종류의 우주 먼지는 운석에서 발견되지 않았다.태양 전 별똥별 알갱이는 운석에서 발견되는 입자 물질의 총 질량의 0.1퍼센트 밖에 되지 않는다.이러한 입자는 원시 연골암과 같은 운석의 미세한 매트릭스에서 볼 수 있는 동위원소 구별 물질이다.[20] 운석과의 동위원소 차이 때문에 태양계보다 앞서야 합니다.이 성단의 결정성은 마이크로미터 크기의13 탄화규소 결정에서부터 나노미터 크기의 다이아몬드 결정, 그리고 100자 미만의 미층 그래핀 결정까지 다양합니다.내화물 입자는 초신성과 적색 거성의 천천히 냉각되는 가스 내에서 열적으로 응축함으로써 광물 구조를 달성했습니다.[20]

특성화

전극 입자는 주사 또는 투과 전자 현미경(SEM/TEM)과 질량 분석 방법(노블 가스 질량 분석, 공명 이온화 질량 분석(RIMS), 2차 이온 질량 분석(SIMS, NanoSIMS))을 사용하여 조사된다.다이아몬드로 구성된 전극 입자는 크기가 몇 나노미터에 불과하며, 따라서 나노다이아몬드라고 불립니다.나노다이아몬드는 크기가 작기 때문에 조사하기가 어려우며, 비록 그들이 가장 먼저 발견된 전극 입자 중 하나이긴 하지만, 그들에 대해 알려진 것은 비교적 적다.다른 전극성 입자의 일반적인 크기는 마이크로미터 범위에 있습니다.

지금까지 다음과 같은 미네랄로 구성된 전극성 입자가 확인되었다.

  • 다이아몬드(C) 나노미터 크기의 입자(~)증기[22] 증착에 의해 형성될 가능성이 있는 2.6나노미터(1µµ000인치) [21]직경
  • 흑연(C) 입자와 음이온,[23] 일부는 층이 없는 그래핀[24] 코어를 가진다.
  • 탄화규소(SiC) 준마이크로미터에서 마이크로미터 크기의 입자.전극성 SiC는 단일 폴리형 입자 또는 폴리형 간 성장으로 발생합니다.관측된 원자 구조에는 가장 낮은 2차 폴리타입인 육각형 2H와 입방체 3C(스태킹 단층 장애의 정도가 다름)와 1차원적으로 무질서한 SiC [25]입자가 포함되어 있다.이에 비해 지상 실험실에서 합성된 SiC는 100가지 이상의 폴리 타입을 형성하는 것으로 알려져 있다.
  • C 및 SiC 입자[26] 내의 탄화티타늄(TiC) 및 기타 탄화물
  • 질화규소(Si3N4)
  • 코룬덤(AlO23)[27]
  • 스피넬(MgAlO24)[28]
  • 히보나이트((Ca,Ce)(Al,Ti,Mg)12O19)[29]
  • 산화티타늄(TiO2)
  • 규산염 광물(아미노 및 피록센)

별의 진화에 관한 정보

전극성 입자에 대한 연구는 핵합성과 별의 [3]진화에 대한 정보를 제공한다."r-과정"(급속 중성자 포획)과 알파 과정(알파 포획) 유형의 핵합성의 동위원소 시그니처가 있는 입자는 초신성 [30]폭발의 시험 모델에 유용하다.

예를 들어, 일부 전극 입자(초노바 입자)는 칼슘의 안정 동위원소인 칼슘-44를 매우 많이 가지고 있으며, 칼슘 함량의 2%만을 구성한다.일부presolar 곡물의 칼슘은 44Ca으로 멸종된 방사성 핵종 titanium-44는 풍부한 초신성 1987A와 같은 II형 초신성에 4알파 입자들의 28Si에 의해 급속한 포획 이후 조성되는 티타늄 동위 원소들 아마 그 유해한 후 실리콘을 태우는 불의 과정, 그리고 앞서기 시작한다로 구성되어 있다.su영구 파열하지만 Ti의 반감기는 59년밖에 되지 않아 곧 Ca로 완전히 전환된다.더 오래 살았지만 멸종된 핵종 칼슘-41(반감기 99,400년)과 알루미늄-26(730,000년)의 붕괴 생성물 초과도 이러한 곡물에서 검출되었다.이러한 입자의 급속 과정 동위원소 이상에는 태양계 풍부도에 대한 질소-15와 산소-18의 상대적 초과뿐만 아니라 중성자가 풍부한 안정 핵종 Ca와 [31]Ti의 초과가 포함된다.

다른 태양 전립자(AGB 별 알갱이)는 은하에서 철보다 가벼운 내화성 원소 중 가장 많은 부분을 만들어 낸 점근거성 가지별에 대한 동위원소 및 물리적 정보를 제공합니다.이 입자들의 원소들은 초기 은하수에서 서로 다른 시간(및 장소)에 만들어졌기 때문에, 수집된 입자들의 집합은 [32]태양계가 형성되기 전에 은하 진화에 대한 통찰력을 더 제공합니다.

고체 입자는 곡립 원소의 핵합성에 대한 정보를 제공할 뿐만 아니라, 응축된 물리-화학적 조건과 그 형성 후의 사건에 대한 정보를 제공한다.[32] 예를 들어, 우리 은하에 있는 탄소의 대부분을 생산하는 적색 거성을 생각해 보세요.이들의 대기는 응축 과정이 일어날 수 있을 만큼 충분히 차가우며, 그 결과 대기 중에 고체 입자(즉, 탄소 등의 원소의 다중 원자 응집)가 침전된다.이것은 원자가 더 복잡한 분자로 쌓이도록 하기에는 너무 뜨거운 태양의 대기와는 다르다.이 고체 조각들은 복사 압력에 의해 성간 매체로 주입된다.따라서, 별의 핵합성 신호를 가진 입자는 (i) 적색 거성 대기의 응축 과정, (ii) 성간 매체의 방사선과 가열 과정, (ii) 우리가 만들어진 원소를 은하를 가로질러 태양계로 [33]운반한 입자의 종류에 대한 정보를 제공합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크