7 miljard jaar oude deeltjes gevonden in meteoriet

Wat was er voor ons zonnestelsel ontstond? Dat is moeilijk te zeggen. Het bewijsmateriaal ervan is vrijwel ten onder gegaan toen de zon en de planeten ontstonden. Maar heel soms vinden astronomen zogenaamde “presolaire mineralen“. Dit zijn korreltjes van het materiaal van voor het ontstaan van het zonnestelsel en ze zijn zeer zeldzaam. Slechts 5% van de meteorieten bevat ze. De Murchison meteoriet, die in 1969 in de plaats Murchison in Australië viel, bevat zulke presolaire mineralen. En er is onlangs interessant resultaat geboekt in onderzoek daarnaar.

De Murchison meteoriet is een van de meest bestudeerde meteorieten. In de jaren zeventig van de vorige eeuw kwam het in het nieuws omdat er voor het eerst aminozuren in gevonden waren. We leerden later pas dat dat heel gewoon is. Voor dit recente onderzoek is een deel van deze 100 kg wegende meteoriet verpulverd en opgelost in zuur. Wat je dan over houdt, zijn die presolaire korreltjes.

De wetenschappers wilden weten hoe oud deze deeltjes waren. Ze onderzochten ze daarom op neon-21, een isotoop van neon dat gevormd wordt als materiaal lang bloot staat aan kosmische straling. Hoe meer neon-21, hoe langer de korrels blootgesteld stonden aan kosmische straling.

Hoe weten we hoeveel kosmische straling er in interstellaire ruimte is? Dat is waar de Voyager-1 missie om de hoek kwam kijken. Want die ruimtesonde was als eerste buiten de heliosfeer (de invloedsfeer van onze zon) en Voyager-1 had een detector voor kosmische straling bij zich.

Met deze combinatie van kennis heeft men weten te achterhalen dat sommige deeltjes 7 miljard jaar oud waren. Niet alle deeltjes waren overigens zo oud. Sommige waren van vlak voor de vorming van ons zonnestelsel. Anderen waren 5,5 miljard jaar oud.

Maar er was nog meer. Deze presolaire deeltjes worden gevormd wanneer een ster aan zijn einde komt. De onderzoekers denken, omdat er relatief meer deeltjes zijn die tussen 4,6 en 4,9 miljard jaar oud zijn, dat er er rond die tijd meer sterren aan hun einde kwamen. Het lijkt erop dat er in de tijd daarvoor meer sterren geboren werden, dan nu. En dat is interessant, want dat zou betekenen dat hoeveel sterren dat geboren wordt over tijd niet constant is, iets waar astronomen wel van uit gingen.

Bronnen:

https://m.phys.org/news/2020-01-meteorite-oldest-material-earth-billion-year-old.html

https://www.nrc.nl/nieuws/2020/01/13/stukje-meteoriet-blijkt-ouder-dan-de-zon-a3986692

https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1904573117

Credits coverfoto: Philipp R. Heck, Jennika Greer, Levke Kööp, Reto Trappitsch, Frank Gyngard, Henner Busemann, Colin Maden, Janaína N. Ávila, Andrew M. Davis, Rainer Wieler

Aanwijzingen dat Venus nu nog vulkanisch actief is

Venus heeft overal resten van vulkanisme. Er was al langer een vermoeden dat Venus nog steeds vulkanisch actief is. Zo vond ESA’s Venus Express zwaveloxide in de atmosfeer. En nu zijn de aanwijzingen een stuk sterker geworden dat er vandaag de dag nog uitbarstingen zijn op onze buur.

Voordat Venus Express bij Venus in een baan kwam, in 2006, hadden we al radarbeelden van het oppervlak. Op die radarbeelden waren lavastromen te zien, maar we wisten niet hoe oud die waren. Met het Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) werd in beeld gebracht hoeveel infrarood licht wordt uitgestraald door die lavavlakten. Daardoor konden we achterhalen dat een aantal lavastromen geologisch vrij jong was: minder dan 2,5 miljoen jaar oud.

Lavastromen bevatten olivijn, een veel voorkomend mineraal in basalt (vulkanisch gesteente). Dat werd ook gevonden door Venus Express’ VIRTIS instrument.

In dit nieuwe onderzoek is men de omstandigheden op Venus gaan namaken in een laboratorium, om te zien hoe snel olivijn reageert met Venus’ hete atmosfeer. Het product van die reactie is hematiet en magnetiet. Uit de experimenten bleek dat deze reactie heel snel plaats vindt zodra olivijn aan de oppervlakte komt. Binnen weken tijd is het oppervlak hierdoor veranderd. Met andere woorden: waar we op Venus olivijn vinden, is niet lang geleden een vulkanische uitbarsting plaats gevonden.

 

Bronnen:

https://newsroom.usra.edu/scientists-find-evidence-that-venus-has-active-volcanoes/

https://advances.sciencemag.org/content/6/1/eaax7445.full

Coverfoto: Idunn Mons, met metingen van Venus Express’s VIRTIS instrument. Credits: NASA/JPL-Caltech/ESA

Wie leven zoekt op exoplaneten, zoekt fosfine

Astronomen kijken erg uit naar de komst van de James Webb Space Telescope. Met deze ruimtetelescoop is het mogelijk de atmosfeer van exoplaneten te onderzoeken. Daarmee zou je in principe het bestaan van leven op die planeet moeten kunnen aantonen. Maar waar moet je dan op letten? Je zou daarbij aan allerlei stoffen kunnen denken, zoals zuurstof of methaan, maar die stoffen kunnen ook op niet-biologische wijze ontstaan.

Daarom is de wetenschap op zoek naar een biosignatuur: een stof die enkel ontstaan kan zijn door leven. Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology denken zo’n stof gevonden hebben: fosfine (een fosfor atoom met drie watersof atomen).

Voor ons is fosfine uiterst giftig en ontvlambaar en voor de meeste zuurstof-ademende wezens niet goed. Maar anaerobe micro-organismen, zoals de eerste bacteriën maken deze stof zelf. En er is geen ander niet-biologisch proces dat fosfine maakt op planeten zoals de Aarde. (In de atmosferen van Jupiter en Saturnus is ook fosfine gevonden, maar dat is waarschijnlijk gevormd onder de intense druk en temperatuur diep in die planeten)

De James Webb Space Telescope zal in staat zijn fosfine te detecteren tot op 16 lichtjaar, zolang er in de atmosfeer net zoveel fosfine zit als het methaan-gehalte hier op Aarde. Dat betekent wel dat de micro-organismen flink fosfine moeten produceren, willen we het ontdekken.

Bronnen:

http://news.mit.edu/2019/phosphine-aliens-stink-1218

https://phys.org/news/2019-12-smelly-poisonous-molecule-sure-fire-extraterrestrial.html

Credits coverafbeelding: NASA, MIT

Waarom er een gat zit tussen super-Aardes en mini-Neptunussen

Dankzij de Kepler telescoop en nu ook de TESS kennen we inmiddels duizenden exoplaneten. Genoeg om te kunnen zien wat voor planeten veel voorkomen en welke minder. We weten dankzij de transit methode de omvang van die planeten. De massa is lastiger te bepalen. (Een maan om die planeten zou daarbij erg kunnen helpen, maar de eerste exomaan moet nog steeds bevestigd worden.)

Wat opvalt is dat rotsachtige planeten zo groot als de Aarde vrij normaal zijn, net als planeten van 2 tot 3 keer de doorsnede van de Aarde. Ook planeten als Neptunus komen veel voor. Het aantal planeten met een omvang tussen de super-Aardes en mini-Neptunussen (van 10 keer de diameter van de Aarde) is echter opvallend klein. Wat is daar aan de hand?

Een team van astronomen heeft een mogelijke verklaring. Zij zeggen dat planeten, zoals de Aarde, bij hun ontstaan eerst zeeën van magma hebben. Bij de Aarde is dat later afgekoeld en gestold. Maar planeten met drie keer de diameter van de Aarde hebben een dikkere atmosfeer, waarschijnlijk met veel waterstof. Die atmosfeer werkt als een deken, waardoor dat magma niet snel afkoelt.

Waar de modellen tot nu van uit gingen, is dat dat magma inert is, dus nergens mee reageert. Maar dat magma is erg vloeibaar, bijna net zo vloeibaar als water. Wat deze nieuwe studie zegt, is dat waterstof waarschijnlijk gaat oplossen in het magma. De planeet ‘eet’ als het ware zijn atmosfeer.

Je moet hierbij bedenken dat dit proces gebeurt in het vroege leven van planeten, waarbij ze nog stof en gas uit de stofschijf rond hun ster opvangen. Dus, komt er dan nog meer waterstof in die atmosfeer, dan wordt de atmosfeer nog dikker, en neemt het magma nog makkelijker extra waterstof op. De planeet word dan dus niet groter in diameter, maar wel in massa. Pas als het genoeg materie aantrekt dat het de massa van een mini-Neptunus bereikt, gaat de atmosfeer groeien en wordt de planeet zichtbaar groter.

Er moet nog van alles aan deze hypothese getest worden. De auteurs van dit wetenschappelijke artikel geven alvast een aantal zaken waarop gelet kan worden. Bijvoorbeeld zouden planeten verder van hun ster door hun lagere temperatuur minder waterstof in hun kern kunnen opnemen, waardoor super-Aardes daar wel groter kunnen worden.

Bron:

https://news.uchicago.edu/story/why-some-planets-eat-their-own-skies

Credits coverafbeelding: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)/L. Kreidberg & J. Bean (U. Chicago)/H. Knutson (Caltech)

Deeltjes in het vroege zonnestelsel groeiden mogelijk dankzij een elektrische lading

Stapje voor stapje leren we meer over het ontstaan van ons zonnestelsel. We weten dat het begon met de geboorte van de zon, waaromheen een hoop stof en gas draaide. Dat stof klonterde langzaam maar zeker bij elkaar tot millimeter grote deeltjes. Die klonterden weer samen tot centimeter grote deeltjes. Uiteindelijk klonterde alles samen tot kilometer grote protoplaneten en zo verder tot de planeten die we vandaag de dag kennen.

Er is echter een probleem: als je millimeter grote stofpartikels bij elkaar stopt in microzwaartekracht, dan komen ze niet bij elkaar. Ze botsen van elkaar weg en worden niet die steeds grotere objecten die je nodig hebt om planeten te vormen. Daar was een verklaring voor nodig.

Wetenschappers besloten om dit te testen in microzwaartekracht. Maar een test hiervoor in de ruimte maakt een experiment vrij duur. Dus ze maakten gebruik van een val-toren in Bremen, de 146 meter hoge Bremen Drop Tower. Een experiment kan daarin maximaal 9,3 seconden microzwaartekracht ondergaan. Het experiment wordt daarvoor omhoog geschoten met een katapult en valt dan weer naar beneden in een bak met balletjes van piepschuim.

41567_2019_728_Fig11_ESM
De impact van een deeltje in een groter cluster van deeltjes. Het cluster blijft ondanks de impact bij elkaar. (Credits: Tobias Steinpilz et al)

De uitkomsten van de experimenten in de valtoren werden gecombineerd met modellen voor de vorming van grotere deeltjes. En het blijkt dat de barrière van millimeter naar centimeter grote deeltjes alleen overbrugd kan worden als je er van uit gaat dat de deeltjes elektrisch geladen zijn. Zelfs als de deeltjes een gelijke lading hebben, blijkt dat ze samenklonteren tot grotere deeltjes.

De bevindingen met dit experiment zijn niet alleen interessant voor de astronomie. Ze blijken ook nuttig voor zogenaamde “fluidized bed reactors” die gebruikt worden in de industrie voor het maken van plastics tot medicijnen. Door zo’n reactor wordt gas geblazen waarna deeltjes met elkaar moeten reageren. Het idee dat je ze makkelijker kunt laten reageren met een elektrische lading kan hierbij ook van nut zijn.

 

Bronnen:

https://phys.org/news/2019-12-planets.html

Coverfoto: Tobias Steinpilz et al

 

Drie mogelijke verklaringen waarom Bennu met rotsdeeltjes gooit

Een verrassende ontdekking dit jaar was dat asteroïde Bennu kleine rotsdeeltjes wegschiet. Een soort pluim van gesteente dus. Deze deeltjes vallen vaak na een tijd weer terug, maar sommigen bereiken ontsnappingssnelheid (wat bij een kleine asteroïde als Bennu niet heel moeilijk is). Deze ontdekking werd gedaan door NASA’s OSIRIS-REx missie die al weer een jaar rond Bennu draait. De vondst was een totale verrassing en de wetenschappers willen dus graag weten hoe dat kan.

Er zijn nu drie mogelijke oorzaken gevonden. Een is dat kleine meteorieten inslaan, waardoor kleine stukjes rots op Bennu losgeschud worden. Optie twee is dat door de enorme verschillen in temperatuur tussen dag en nacht op Bennu scheurtjes ontstaan in rotsen, waarvan deeltjes loskomen. De laatste optie is dat water in rotsgesteente verhit en vrijkomt. OSIRIS-REx heeft al best wat water op Bennu gevonden.

Uiteraard gaat OSIRIS-REx meer onderzoek naar dit fenomeen doen. En in de zomer van volgend jaar gaat de satelliet monsters nemen. De missieplanners zijn bezig een keuze te maken uit vier eerder geselecteerde plaatsen voor monstername. In september 2023 moet OSIRIS-REx hopelijk deze monsters mee gaan terug nemen naar Aarde.

osiris-rex_mid-site_graphic_22.png
De vier mogelijke plaatsen waar OSIRIS-REx een monster gaat nemen. Foto’s: NASA/Goddard/University of Arizona

Bron:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/osiris-rex-explains-bennus-mysterious-particles

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/osiris-rex-in-the-midst-of-site-selection

Coverfoto: NASA/Goddard/University of Arizona

Lab experiment laat zien hoe je stikstofbubbels krijgt in Titan’s meren

Saturnus-maan Titan is altijd gehuld in een soort smog. Je kunt er, in zichtbaar licht althans, van buiten niets zien van het oppervlak. Het was daarom dat de Cassini missie in 1997 naar Saturnus gelanceerd werd met radar. Radar brengt de methaan-meren van Titan keurig in beeld. Alleen gebeurt er iets geks. Soms zijn er eilanden in die meren te zien, die later verdwenen weer zijn. Wat is daar aan de hand?

Het vermoeden bestond al langer dat dit veroorzaakt wordt door opborrelend stikstof, dat opgelost zit in het vloeibare methaan en ethaan. Een bruisend meer ziet er op radar namelijk hetzelfde uit als land. Nieuwe experimenten in het lab bij dezelfde temperaturen als op Titan (-170 graden en lager) laten zien dat je om stikstof op te laten lossen een mengesel van methaan en ethaan nodig hebt.

In hetzelfde lab testten wetenschappers twee methoden om stikstofbubbels te veroorzaken. Een is door meer ethaan toe te voegen. Een ander is door temperatuursinvloeden. De ontstane stikstofbubbels komen dan met explosieve kracht uit het methaan-ethaan mengsel. In een experiment raakten de bubbels zelfs de camera, wat niet de bedoeling was.

Er bestaat het idee om de meren van Titan te gaan onderzoeken met een onderzeeër. Maar als deze warmer is dan het meer, kan dit de vaart enorm belemmeren doordat het explosies van stikstofbubbels veroorzaakt. Gelukkig heeft NASA voorlopig een ander plan om Titan te onderzoeken, namelijk een dubbele quadcopter genaamd Dragonfly. Deze komt na zijn landing in 2034 voor lange tijd zelfs niet in de buurt van de meren.

Bron: https://phys.org/news/2019-12-titan-lakes-spew-nitrogen.html

Afbeelding: NASA/JPL-Caltech