Nötronları ve X-ışını görüntülemeyi birleştiren bilim adamları, Dünya’nın suyunu nasıl elde ettiğini keşfetmek için meteorları inceliyor

Her yıl yüzlerce göktaşı (güneş sisteminin oluşumundan arta kalan kayalık cisimler) Dünya’yı bombalayarak gezegenimize mineraller, metaller ve su taşır. Göktaşlarının içindeki çatlakları ve mineral bakımından zengin birikintileri analiz etmek, yalnızca gezegen oluşumunun erken tarihini ortaya çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda genç Dünya’nın su ve yaşam için gerekli diğer maddeleri nasıl elde ettiği hakkında ipuçları sağlayabilir.

Şimdi Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (NIST) araştırmacılar, bu kayalık kalıntıların içine bakmak için iki tamamlayıcı tekniği (X-ışını görüntüleme ve nötron görüntüleme) birleştirdi.

Nötron görüntüleme, su ve diğer hidrojen içeren bileşikleri aramak için idealdir, çünkü nötronlar hidrojenden kolayca seker. Buna karşılık, X-ışını görüntüleme, demir ve nikel gibi ağır elementlerin tortularını bulmak için en iyisidir, çünkü X-ışınları öncelikle ağır atomlardaki çok sayıda elektron tarafından saçılır.

Kayaların kimyasal bileşimini analiz etmek için kullanılan ve meteoritlerin ince dilimlerini kesmeyi gerektiren diğer yöntemlerden farklı olarak, görüntüleme tekniklerinin hiçbiri meteoritlere önemli ölçüde zarar vermez veya onları değiştirmez. Her bir görüntüleme yöntemi geçmişte ayrı ayrı kullanılmış olsa da, ekip, X-ışını ve nötron ışını anlık görüntüleri oluşturmak için iki tekniği aynı anda kullanan ilk kişiler arasında yer alıyor.

Pilot çalışmalarında, bilim adamları, birleşik görüntüleme yöntemlerinin doğruluğunu değerlendirebilmeleri için mineral ve su içeriği zaten iyi bilinen iki göktaşı incelediler. EET 87503 olarak adlandırılan kayalardan biri, büyük asteroit Vesta’nın yüzeyinden bir parçadır, ancak aynı zamanda farklı, su açısından zengin bir asteroit çeşidinden malzeme içerir.

Demir ve nikel bakımından zengin olan diğer göktaşı GRA 06100, güneş sisteminin ilk günlerinden beri erime veya başka işlemlerle değiştirilmemiş bir kaya olan kondrit olarak sınıflandırılır. Ayrıca geçmişte suya maruz kalma sonucu oluşan önemli miktarda hidrojen içeren silikatlara sahiptir.

NIST araştırmacıları Jacob LaManna ve Daniel Hussey, Houston’daki Lunar ve Planetary Institute, Tennessee’deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve Chicago Üniversitesi’nden meslektaşlarıyla birlikte göktaşlarının üç boyutlu görüntülerini oluşturmak için X-ışını kullandılar ve nötron ışınları kayaların enine kesitlerini görüntüler. Daha sonra, tomografi olarak bilinen bir teknik olan 3 boyutlu bir görüntü oluşturmak için farklı kesitlerin bireysel görüntüleri birleştirildi. (Doktorlar, insan vücudunu görüntülemek için rutin olarak CT taramaları olarak bilinen X-ışını tomografik taramaları kullanırlar.)

Görüntüleme yöntemleri, iki meteoritteki metal bakımından zengin minerallerin, silikat minerallerinin, suyun ve diğer hidrojene bileşiklerin yerlerini doğru bir şekilde ortaya çıkardı. Nötron görüntüleme, GRA 06100 içindeki kondrit tanelerini saptadı ve karakterize etti, bunlar daha sonra daha fazla çalışma için ekstrakte edilebilir. Hussey, 3D görüntülemenin suyun kayaya nasıl girdiğine ve sıvının minerallerin bileşimini değiştirmek ve numuneye bağlanmak için hangi yolu izlediğine dair teorileri test edebileceğini söyledi.

Su, Dünya yüzeyinin %70’ini oluştursa da, maddenin gezegenimize tam olarak nasıl ulaştığı uzun süredir devam eden bir tartışma konusu olmaya devam ediyor. Bazı gezegen bilimcileri, meteoritlerin ve kuyruklu yıldızların – soğuk, dış güneş sisteminden gelen buzlu kalıntılar – gezegenimizin çekirdeği oluştuktan sonra, yaşam için gerekli proteinlerin yapı taşlarıyla birlikte suyu sağladığını öne sürüyorlar. Diğerleri, Dünya’nın 4,5 milyar yıl önce oluşumu sırasında suyu, bebek güneşi kundaklayan ve gezegenimizi oluşturmak için bir araya toplayan gaz ve toz parçalarından aldığını öne sürüyor.

Su iki şekilde gelir: hidrojen ve oksijenden oluşan sıradan su ve döteryum (ilave bir nötronlu hidrojen) ve oksijenden oluşan ağır su. Göktaşlarının birincil karasal su kaynağı olup olmadığını belirlemenin bir yolu, kayalardaki bu iki türün nispi bolluğunu, Dünya yüzeyindeki ve altındaki suyun nispi bolluğuyla karşılaştırmaktır. Gezegen bilimciler, bazı göktaşlarındaki bolluğu ölçtüler, ancak daha büyük bir sayıyı incelemeleri gerekiyor.

Nötron ve X-ışını görüntüleri bu çalışmalara yardımcı olabilir. Görüntüler, meteoritlerin içinde kilitli mineral, metal ve su birikintilerinin yerini saptayarak, araştırmacılara kayaların kesitlerini en iyi şekilde nasıl dilimleyecekleri konusunda rehberlik edebilir, böylece bu bollukları ve diğer bileşiklerin bileşimini ölçebilirler.

NIST ekibi, ABD’deki sadece üç nötron ışını araştırma kaynağından biri olan NIST Nötron Araştırma Merkezi’ni kullandı. Meteoritik ve Gezegen Bilimi.

LaManna, ekibin şimdi daha az tanıdık meteoritleri incelemek için ikili görüntüleme tekniğini kullanmayı planladığını, böylece su ve mineral içeriğinin ilk kez ayrıntılı olarak haritalanabileceğini söyledi.