Die Welt in interstellaren Staubkörnern

Zu verstehen, wie sich Staubkörner in interstellarem Gas bilden, könnte Astronomen wichtige Erkenntnisse liefern und Materialwissenschaftlern helfen, nützliche Nanopartikel zu entwickeln.

Labor- und raketengestützte Studien haben neue Einblicke in die Entstehung interstellarer Staubkörner vor der Entstehung unseres Sonnensystems geliefert. Die Ergebnisse, veröffentlicht von Forschern der Hokkaido University und Kollegen in Japan und Deutschland in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschrittekönnte Wissenschaftlern auch dabei helfen, Nanopartikel mit nützlichen Anwendungen auf effizientere und umweltfreundlichere Weise herzustellen.

Diese „präsolaren“ Körner können in Meteoriten gefunden werden, die auf die Erde fallen, was Laborstudien ermöglicht, die mögliche Wege für ihre Entstehung aufzeigen.

„So wie die Formen von Schneeflocken Informationen über die Temperatur und Feuchtigkeit der oberen Atmosphäre liefern, schränken die Eigenschaften präsolarer Körner in Meteoriten die Umgebungen beim Ausströmen von Gas aus Sternen ein, in denen sie sich gebildet haben könnten“, erklärt Yuki Kimura von Hokkaido Mannschaft. Unglücklicherweise hat es sich jedoch als schwierig erwiesen, die möglichen Umgebungen für die Bildung von Körnern festzulegen, die aus einem Titancarbidkern und einem umgebenden graphitischen Kohlenstoffmantel bestehen.

Ein besseres Verständnis der Umgebung um Sterne herum, in der sich die Körner gebildet haben könnten, ist entscheidend, um mehr über die interstellare Umgebung im Allgemeinen zu erfahren. Das könnte wiederum helfen zu klären, wie sich Sterne entwickeln und wie die Materialien um sie herum zu den Bausteinen für Planeten werden.

Die Struktur der Körner scheint darauf hinzudeuten, dass sich ihr Titankarbidkern zuerst gebildet hat und dann in weiter entfernten Regionen des Gasaustritts von Sternen, die vor der Sonne entstanden sind, anschließend mit einer dicken Kohlenstoffschicht überzogen wurde.

Das Team untersuchte die Bedingungen, die die Kornbildung in Labormodellierungsstudien reproduzieren könnten, die von theoretischen Arbeiten zur Kornkeimbildung geleitet wurden – der Bildung von Körnern aus winzigen ursprünglichen Flecken. Diese Arbeit wurde durch Experimente ergänzt, die in Zeiten der Mikrogravitation an Bord suborbitaler Raketenflüge durchgeführt wurden.

Die Ergebnisse boten einige Überraschungen. Sie deuten darauf hin, dass sich die Körner höchstwahrscheinlich in einem von den Forschern als nicht-klassischen Keimbildungsweg gebildeten Weg bilden: einer Reihe von drei unterschiedlichen Schritten, die von herkömmlichen Theorien nicht vorhergesagt werden. Erstens bildet Kohlenstoff winzige, homogene Kerne; Titan lagert sich dann auf diesen Kohlenstoffkernen ab, um Kohlenstoffpartikel zu bilden, die Titancarbid enthalten; Tausende dieser feinen Teilchen verschmelzen schließlich zum Korn.

„Wir schlagen auch vor, dass die Eigenschaften anderer Arten von präsolaren und solaren Körnern, die sich in späteren Stadien der Entwicklung des Sonnensystems gebildet haben, genau erklärt werden könnten, indem man nicht-klassische Nukleationswege berücksichtigt, wie sie von unserer Arbeit vorgeschlagen werden“, schließt Kimura .

Die Forschung könnte zum Verständnis entfernter astronomischer Ereignisse beitragen, darunter Riesensterne, neu entstehende Planetensysteme und die Atmosphären von Planeten in fremden Sonnensystemen um andere Sterne. Aber es könnte auch Wissenschaftlern hier auf der Erde helfen, eine bessere Kontrolle über die Nanopartikel zu erlangen, die sie für den Einsatz in vielen Bereichen erforschen, darunter Solarenergie, chemische Katalyse, Sensoren und Nanomedizin. Die potenziellen Auswirkungen der Untersuchung der winzigen Körner in Meteoriten reichen daher von den zukünftigen Industrien der Erde bis zu so weit entfernt, wie wir uns vorstellen können.