Meteoryty zapewniają szczegółowy widok przestrzeni kosmicznej

Jeśli kiedykolwiek widziałeś spadającą gwiazdę, prawdopodobnie widziałeś już meteor lecący na Ziemię. Te, które tu lądują, nazywane są meteorytami i mogą służyć do cofania się w czasie, do odległych zakątków kosmosu lub do najstarszych cegiełek życia. Dziś naukowcy przedstawiają jedne z najbardziej szczegółowych analiz materiałów organicznych dwóch meteorytów. Zidentyfikowali dziesiątki tysięcy molekularnych „elementów układanki”, w tym więcej atomów tlenu, niż się spodziewali.

Naukowcy przedstawią swoje odkrycia na wiosennym spotkaniu American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2023 to hybrydowe spotkanie, które odbywa się wirtualnie i osobiście w dniach 26-30 marca.

Wcześniej zespół kierowany przez dr Alana Marshalla badał złożone mieszaniny materii organicznej występującej na Ziemi, w tym ropę naftową. Ale teraz kierują swoją uwagę w kierunku nieba – lub rzeczy, które z nich spadły. Technologia superrozdzielczej spektrometrii mas (MS) zaczyna ujawniać nowe informacje o wszechświecie i może ostatecznie zapewnić wgląd w pochodzenie samego życia.

„Ta analiza daje nam wyobrażenie o tym, co tam jest i co napotkamy, idąc naprzód jako gatunek„ podróżujący w kosmos ”” – mówi Joseph Fry-Jones, doktorant przedstawiający pracę na spotkaniu. Fry-Jones pracuje na Florida State University i National High Magnetic Field Laboratory.

Każdego roku na Ziemię spadają tysiące meteorytów, ale tylko nieliczne to „chondryty węglowe”, klasa skał kosmicznych, które zawierają najwięcej materiału organicznego lub zawierającego węgiel. Jednym z najbardziej znanych jest meteoryt „Murchison”, który spadł w Australii w 1969 roku i od tego czasu był intensywnie badany. Najnowszym wpisem jest stosunkowo niezbadany „Aguas Zarcas”, który spadł w Kostaryce w 2019 r., przedzierając się przez tylne werandy, a nawet budę, gdy jego kawałki spadły na ziemię. Dzięki zrozumieniu organicznego składu tych meteorytów badacze mogą uzyskać informacje o tym, gdzie i kiedy powstały skały oraz o tym, co napotkali podczas swojej podróży w kosmosie.

Aby zrozumieć złożoną mieszaninę cząstek na meteorytach, naukowcy zwrócili się do MS. Ta technika dzieli próbkę na małe cząstki, a następnie zasadniczo określa masę każdej z nich, reprezentowaną przez kształt piku. Analizując zestaw pików lub widmo, naukowcy mogą stwierdzić, co było w oryginalnej próbce. Jednak w wielu przypadkach rozdzielczość spektrometru jest wystarczająca tylko do potwierdzenia obecności związku, który faktycznie zakładano, zamiast dostarczać informacji o nieznanych składnikach.

W tym miejscu pojawia się rezonans jonów cyklotronowych (FT-ICR) MS, znany również jako MS „super-rozdzielczości”. Może analizować niezwykle złożone mieszaniny z bardzo wysokim poziomem precyzji i dokładności. Szczególnie nadaje się do analizy mieszanin, takich jak ropa naftowa lub złożona materia organiczna wyekstrahowana z meteorytu. „Dzięki temu narzędziu mamy naprawdę precyzję, aby przyjrzeć się wszystkim w wielu rodzajach próbek” — mówi Frye-Jones.

Naukowcy wyekstrahowali materię organiczną z próbek meteorytów Murchison i Aguas Zarcas, a następnie przeanalizowali ją za pomocą MS o wysokiej rozdzielczości. Zamiast analizować tylko jedną określoną klasę cząsteczek naraz, taką jak aminokwasy, postanowili wziąć pod uwagę całą rozpuszczalną materię organiczną jednocześnie. Dało to zespołowi do analizy ponad 30 000 pików każdego meteorytu, a ponad 60% z nich można było nadać unikalny wzór cząsteczkowy. Frye-Jones mówi, że te wyniki stanowią pierwszą tego rodzaju analizę meteorytu Aguas Zarcas i analizę o najwyższej rozdzielczości na Murchison. W rzeczywistości zespół ten zidentyfikował prawie dwa razy więcej wzorów cząsteczkowych niż wcześniej zgłaszano dla starszego meteorytu.

Po zidentyfikowaniu danych zostały one podzielone na unikalne grupy na podstawie różnych właściwości, takich jak to, czy zawierają tlen lub siarkę, czy mają strukturę pierścieniową lub podwójne wiązania. Byli zaskoczeni, gdy odkryli dużą zawartość tlenu między związkami. „Nie myśl, że substancje organiczne zawierające tlen stanowią dużą część meteorytów” – wyjaśnił Marshall.

Następnie badacze zwrócą uwagę na dwie znacznie cenniejsze próbki: kilka gramów pyłu księżycowego z misji Apollo 12 i 14 odpowiednio z 1969 i 1971 roku. Próbki te pochodzą sprzed wynalezienia przez Marshalla FT-ICR MS na początku lat siedemdziesiątych. Od tamtej pory urządzenia przeszły długą drogę i są teraz w pełni wyposażone do analizy tych proszków. Zespół wkrótce porówna swoje wyniki z analiz meteorytów z danymi uzyskanymi z próbek księżycowych, mając nadzieję, że uzyska więcej informacji o tym, skąd pochodzi powierzchnia Księżyca. „Czy to meteoryty? Promieniowanie słoneczne? Wkrótce powinniśmy być w stanie rzucić na to trochę światła” – mówi Marshall.