Кіріспе

Күнге дейінгі шаң түйіршіктері – Күн пайда болғанға дейін пайда болған, жұлдыздар аралық кеңістіктегі ұсақ қатты заттар. Бұл түйіршіктер бұрынғы күнге дейінгі жұлдыздардан шығып, салқындаған газдарда қалыптасқан. Әрбір күнге дейінгі жұлдыздың ішінде болған жұлдыздық ядролық синтез, әр түйіршікке сол жұлдызға тән ерекше изотоптық құрамды сыйлайды, ол Күн жүйесінің материясының және галактикалық орташа құрамнан өзгеше. Бұл изотоптық белгілер ата-ана жұлдызында өткен нақты астрофизикалық ядролық процестерді анықтап, олардың Күнге дейінгі тегін көрсетеді.

Терминология

Метеоритшілер бұл терминді жұлдыз шаңы – яғни, бір жұлдыздың ішінде пайда болған және зерттеу үшін метеориттерден ізделіп алынатын түйіршіктерді білдіру үшін жиі қолданады. Алайда, жұлдызаралық түйіршіктердің көпшілігі бір жұлдыздың шаңы емес, олар кішкентай пресолярлық түйіршіктердің жұлдызаралық бұлттардан жиналған материалынан тұрады. Сондықтан, көптеген пресолярлық түйіршіктер де жұлдыз шаңы емес. Логикалық тұрғыдан алғанда, барлық жұлдыз шаңы – пресолярлық түйіршіктер, бірақ барлық пресолярлық түйіршіктер жұлдыз шаңы емес. 21-ші ғасырдың метеоритшілері арасында бұл шатастыратын терминология кеңінен орныққан, олар осы терминдерді бірін-бірі алмастырып қолдануға бейім. Сондықтан, екі жағдайда да жұлдыз шаңы үшін «пресолярлық жұлдыз шаңы түйіршіктері» деген тіркесті пайдалану керек.

Тарих

1960 жылдары асыл газдар – неон мен ксенонның алғашқы метеориттерде ерекше изотоптық қатынастары бар екені анықталды; олардың пайда болуы және оларды қамтитын материяның түрі жұмбақ болып қалды. Бұл жаңалықтар метеориттің үлкен үлгісін массалық спектрометрде буланыстыру арқылы жасалды, бұл инклюзиялар түрінде сақталған асыл газдардың өте аз мөлшерінің изотоптарының салыстырмалы мөлшерін анықтау үшін қажет болды. 1970 жылдары ұқсас тәжірибелер кезінде ксенон изотоптарының тағы да көптеген құрамдас бөліктері табылды. Ксенон изотоптарының шығу тегі туралы әртүрлі пікірлер айтылды, барлығы бастапқыда біртекті күн газы бұлтында пайда болған өзгерістердің қалыптасуы туралы қабылданған түсінік шеңберінде болды. 1970 жылдары Дональд Клейтон метеориттер мамандары арасында кең таралған, Күн жүйесі біркелкі ыстық газ ретінде пайда болды деген сенімді қабылдамады, соның салдарынан түсіндірудің жаңа теориялық негізін ұсынды. Оның орнына, ол әртүрлі типтегі жұлдыздардан масса жоғалту кезінде конденсатталған термиялық конденсатталған жұлдызаралық бөлшектерде ерекше, бірақ болжамды изотоптық құрамдардың табылатынын болжады. Ол мұндай бөлшектер жұлдызаралық кеңістікте кеңінен таралғанын дәлелдеді. Клейтонның осы идеяны пайдаланған алғашқы жұмыстары 1975 жылы жұлдызаралық кеңістікті суреттеді, ол жойылған радиоактивтілікті анықтаған Ne және Xe радиогендік изотоптарына бай, жарылыс қалдықтарынан (супернова) пайда болған бөлшектермен толтырылған. Клейтон жұлдыздық шаңның бірнеше түрін анықтады: қызыл алып жұлдыздардан жұлдыздық шаң, суперновалардан алынған сунокон (SUperNOva CONdensates – супернова конденсаттарының аббревиатурасы), суық бұлттың газ тәрізді атомдары мен молекулаларының аккрециясы арқылы тұмандық конденсациясынан пайда болған небкон және нова конденсациясынан алынған новакон. Олар дәстүрлі массалық спектрометрияны қолдана отырып, метеориттің негізгі бөлігі қышқылдарда ерігеннен кейін қалған қышқылға ерімейтін көміртекті қалдықтарда ксенон изотоптарының кездесетінін анықтады, бұл қызыл алып жұлдыздық шаңдағы ксенон изотоптарымен шамамен сәйкес келді. Сондай-ақ, кремний карбиді бөлшектері осы қышқылға ерімейтін қалдықтарда көп мөлшерде кездесетіні және асыл газдардың жоғары концентрациясын қамтитыны анықталды. Осы бөлшектердің құрылымдық химиялық элементтеріндегі екінші иондық массалық спектрометрияның (SIMS) жетілдірілуі нәтижесінде маңызды изотоптық аномалиялар өлшенді. SIMS тәжірибелері көрсеткендей, әрбір кремний карбиді бөлшегіндегі кремний изотоптарының күн изотоптық қатынастары болған жоқ, бірақ кейбір қызыл алып жұлдыздарда күтілетін қатынастарға ұқсас болды. Жұлдыздық шаңның табылуы 1987 жылға дараланды. 2020 жылдың қаңтар айында Австралияда 1969 жылы табылған Мерчисон метеоритін талдау оның жұлдыздық шаңы 5-7 миллиард жыл бұрын пайда болғанын көрсетті, бұл Жердің 4,6 миллиард жылдық Күнінен ескірек, метеор мен оның жұлдыздық шаңын Жер бетінде табылған ең көне қатты материал етіп көрсетті.

Жұлдыз эволюциясы туралы ақпарат

Пресолярлық түйіршіктерді зерттеу ядролық синтез және жұлдыздық эволюция туралы ақпарат береді. Мысалы, кейбір пресолярлық дәндерде (супернова дәндері) кальцийдің тұрақты изотопы 44-тің өте көп мөлшері байқалады, ол кальцийдың кең таралғандығының бар болғаны 2% құрайды. Кейбір пресолярлық дәндердегі кальций негізінен 44Ca-дан тұрады, бұл жойылған радионуклид 44 титанның қалдықтары болып саналады. 44 титан SN 1987A сияқты II типті суперноваларда 28Si тез альфа бөлшектерін ұстағаннан кейін, кремнийдің жану процесі әдетте басталғаннан кейін және суперновалық жарылыстан бұрын көп мөлшерде түзіледі. Дегенмен, 44Ti-дың жартылай ыдырау мерзімі 59 жыл ғана, сондықтан ол тез арада толыққандай 44Ca-ға айналады. Мұндай дәндерде ұзақ өмір сүрген, бірақ жойылған, кальций 41 (жартылай ыдырау мерзімі 99 400 жыл) және алюминий 26 (730 000 жыл) нуклидтерінің ыдырау өнімдерінің артық мөлшері де анықталды. Бұл түйіршіктердің жылдам процестегі изотоптық аномалияларына Күн жүйесіндегі азот 15 және оттегі 18-дің салыстырмалы артық болуы, сондай-ақ нейтронға толы 42Ca және 49Ti тұрақты нуклидтерінің артық болуы кіреді. Басқа пресолярлық түйіршіктер (AGB жұлдыз түйіршіктері) галактикадағы темірден жеңіл, отқа төзімді элементтердің көп бөлігін жасаған асимптотикалық алып тармақ жұлдыздары туралы изотоптық және физикалық ақпарат ұсынады. Бұл бөлшектердегі элементтердің пайда болуы ерте Құс жолында әртүрлі уақытта (және орындарда) болғандықтан, жиналған бөлшектердің жиынтығы Күн жүйесінің пайда болуына дейінгі галактикалық эволюция туралы түсінік береді. Қатты түйіршіктер дән элементтерінің нуклеосинтезі туралы ақпараттан өзге, олардың конденсацияланған физикалық-химиялық жағдайлары және олардың пайда болуынан кейінгі оқиғалар туралы да ақпарат береді.