Ενδείξεις για το πως δημιουργήθηκαν τα παλαιότερα διαμάντια του ηλιακού συστήματος

Από την σελίδα του Ινστιτούτου Max Plank 9 Αυγούστου 2001

Ένα από τα πιό συναρπαστικά γεγονότα στη μελέτη των μετεωριτών είναι η ανακάλυψη πως πολλοί παλαιοί μετεωρίτες περιέχουν αστρική σκόνη - κόκκους προ-ηλιακής προέλευσης,  δηλαδή ακόμα παλαιότερη από το ίδιο το ηλιακό μας σύστημα. Διαμορφωμένοι ως περιφερόμενοι κόκκοι γύρω από τα νεκρά αστέρια, και έχοντας επιβιώσει όλων των γεγονότων που ακολούθησαν στο διαστρικό μέσο αλλά και στο ηλιακό σύστημα, κουβαλούν πολύτιμες πληροφορίες για  εκείνες τις διαδικασίες από τις οποίες δημιουργήθηκαν τα χημικά στοιχεία στα αστέρια (νουκλεοσύνθεση).

Στη συνέχεια, από τις ιδέες που έχουμε για τη νουκλεοσύνθεση μπορούμε να συμπεράνουμε τις αστρικές πηγές των κόκκων της αστρικής σκόνης. Συμπληρώνοντας τις προηγούμενες αναλύσεις για τα διαμάντια της αστρικής σκόνης από την ομάδα του Max Planck, οι επιστήμονες από το ίδρυμα Karpov της Φυσικής και Χημείας και από το Ινστιτούτο Max Planck για τη Χημεία έχουν μελετήσει την εισαγωγή διαγνωστικών-εργαστηριακών   ιχνοστοιχείων σε διαμάντια που βρίσκονται στη Γη, αναλόγου μορφής και μεγέθους με τα αστρικά. Τα αποτελέσματα που βγαίνουν χρησιμοποιούνται για να συναχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για την αρχική ιστορία των "αστρικών διαμαντιών" .

Οι προ-ηλιακοί κόκκοι που είναι γνωστό πως είναι παρόντες στους μετεωρίτες, είναι μεταλλεύματα θερμικώς και χημικώς εξαιρετικά σταθερά όπως είναι το διαμάντι, ο γραφίτης, το καρβίδιο του πυριτίου, το κορούνδιο (οξείδιο αργιλίου) και το νιτρίδιο του πυριτίου. Αν και τα διαμάντια ανακαλύφθηκαν πρώτα και είναι κατά πολύ αφθονότερα (περίπου 1 ανά εκατομμύριο σε βάρος στους πιό παλαιούς μετεωρίτες), τα διαμάντια είναι τα λιγώτερα κατανοητά, και ο ίδιος ο προσδιορισμός τους σαν προ-ηλιακά είναι βασισμένος στην ισοτοπική σύνθεση των ιχνοστοιχείων που φέρνουν.

Τα ευγενή αέρια έχουν διαδραματίσει έναν ειδικό ρόλο μεταξύ αυτών των ιχνοστοιχείων που βρίσκονται στους κόκκους διαμαντιού, και είναι πρωτίστως η ύπαρξη της ασυνήθιστης ισοτοπικής σύνθεσης του ξένου (Xe) - εμπλουτισμός περίπου 100% των ελαφρύτερων και των βαρύτερων ισοτόπων του- που υποδεικνύει ότι αυτά προήλθαν από τις εκρήξεις των σουπερνοβών.

Πώς όμως, πότε, και που η εισαγωγή του ευγενούς αερίου ξένον και άλλων ιχνοστοιχείων που εμφανίστηκαν, μπορεί να δώσει τις κρίσιμες πληροφορίες για το σχηματισμό και την πρόωρη ιστορία των κόκκων διαμαντιών; Υπάρχουν ισχυρά έμμεσα επιχειρήματα ότι η εισαγωγή των ιόντων στους κόκκους διαμαντιού έγινε με εμφύτευση των ιόντων.

Για να εξετασθεί η βιωσιμότητα αυτής της διαδικασίας, εκτελέσθηκε από τους επιστήμονες ένα πείραμα προσομοίωσης :
Ένα μίγμα ευγενούς αερίου που αποτελείται από ιόντα ηλίου, αργού, κρυπτού και ξένου με μια ενέργεια 700 electronvolts εμφυτεύθηκε σε ένα στρώμα γήινων νανο-διαμαντιών παρόμοιου μεγέθους όπως και των προ-ηλιακών νανο-διαμαντιών (τα οποία είναι εξαιρετικά μικρά, με μέγεθος μερικά μόνο nanometer), και μετά από ακτινοβολία μελετήθηκε η απελευθέρωση των εμφυτευμένων ευγενών αερίων.

Κατά εκπληκτικό τρόπο, η απελευθέρωση των ευγενών αερίων στα γήινα διαμάντια, ως συνάρτηση της θερμοκρασίας, περιείχε δύο κορφές, με μια αιχμή στο θερμοκρασιακό εύρος 200-700°C και μιά άλλη πάνω από 1000°C. Αυτή η κατάσταση - μετά από μια ενιαία εμφύτευση - με μια πρώτη ματιά είναι παρόμοια με την περίπτωση των  νανοδιαμαντιών στους μετεωρίτες, υπάρχει  εντούτοις, μια περιπλεγμένη κατάσταση.
Στην περίπτωση των "αστρικών" διαμαντιών οι διαφορές στη ισοτοπική σύνθεση απαιτούν πως τουλάχιστον δύο διαφορετικά γεγονότα πρέπει να περιληφθούν στα εισαγώμενα ευγενή αέρια: Το πρώτο γεγονός είναι πως τα ισοτοπικά απαρατήρητα ευγενή αέρια απελευθερώνονται πρώτιστα σε χαμηλή θερμοκρασία, και δεύτερον πως τα αέρια που πιθανώς είναι προέλευσης από τα supernova απελευθερώνονται στην υψηλότερη θερμοκρασία.

Μια δεύτερη σημαντική πληροφορία από τη μελέτη της εμφύτευσης των ιχνοστοιχείων, είναι ότι τα πιό συγκρατητικά εγκατεστημένα αέρια είναι ισοτοπικά διαχωρισμένα σε συστατικά που είναι ανάλογα με την αρχική σύνθεση. Πώς αυτό μπορεί να έχει επιπτώσεις στην προκύψουσα αφθονία και η ισοτοπική σύνθεση των εμφυτευμάτων των σουπερνοβών στα διαμάντια της αστρικής σκόνης   και πόσο σημαντικές είναι οι προκύπτουσες αλλαγές για τις προκύψουσες πυρηνικές διαδικασίες παραμένει ακόμη να επιλυθεί λεπτομερώς.

Η νουκλεοσύνθεση είναι η διαδικασία σύνθεσης όλων των χημικών στοιχείων που συμβαίνει στον πυρήνα των αστέρων με θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Τα παραγόμενα στοιχεία διαχέονται στο διάστημα μέσω του αστρικού ανέμου. Αυτό το είδος εκπομπής αστρικής μάζας είναι ιδιαίτερα έντονο κατά τις εκρήξεις των καινοφανών και υπερκαινοφανών αστέρων.

Μετεωρίτης μπορεί να χαρακτηριστεί οποιοδήποτε σώμα, το οποίο δεν καταστρέφεται κατά τη δίοδό του μέσω της γήινης ατμόσφαιρας και συλλέγεται από τον άνθρωπο στην επιφάνεια της Γης. Για να υπάρξει μετεωρίτης, υπολογίζεται ότι το αρχικό σώμα (πριν εισέλθει στην ατμόσφαιρα), πρέπει να έχει διάμετρο μεγαλύτερη των 50 m, περίπου.
Γενικά, θεωρείται ότι οι μετεωρίτες που βρίσκουμε στη Γη, προέρχονται από τη ζώνη αστεροειδών μεταξύ του Αρη και του Δία (οι αστεροειδείς σχηματίστηκαν με υλικά από τη διάλυση πλανητοειδών), αλλά και από τη σύγκρουση ενός αστεροειδούς στην επιφάνεια του Αρη ή της Σελήνης.