Nanoanalytische Untersuchungen an präsolarer Materie aus Meteoriten mittels Spektromikroskopie und nachfolgender Massenspektrometrie
Final Report Abstract
Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen des Projektes wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen des Projektes wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der Arbeiten bildeten Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.
Publications
- "Evidence for Condensation of Sub-Micron Refractory Metal Alloys in the Early Solar System", Paneth Colloquium 2008, 29. - 31. Oktober 2008, Nördlingen, Deutschland
T. Berg, E. Marosits, J. Maul, G. Schönhense, P. Hoppe, U. Ott and H. Palme
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T. Berg, E. Marosits, J. Maul, P. Nagel, U. Ott, F. Schertz, S. Schuppler, Ch. Sudek and G. Schönhense
- "Evidence for structurally controlled condensation of sub-micron refractory metal alloys in the Murchison meteorite", 71st Annual Meeting of the Meteoritical Society, 28. Juli - 1. August 2008, Matsue, Japan
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- "Quantum confinement observed in the X-ray absorption spectrum of size distributed meteoritic nanodiamonds extracted from the Murchison meteorite", Lunar Planet. Sci 39 (2008) Abstr. #1247
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T. Berg, J. Maul, N. Erdmann, P. Bernhard, F. Schertz, S. Schuppler, P. Nagel, Ch. Sudek, U. Ott and G. Schönhense
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T. Berg, E. Marosits, J. Maul, G. Schönhense, P. Hoppe, U. Ott and H. Palme
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D. Harries, T. Berg, H. Palme and F. Langenhorst
- “The Structure of Refractory Metal Alloys, Condensates from the Early Solar Nebula”, 42nd Lunar and Planetary Science Conference (LPSC), 7. - 11. März 2011, Houston, The Woodlands (Texas), USA
D. Harries, T. Berg, H. Palme, U. Ott and G. Schönhense
