ตัวอย่างฝุ่นที่เก่าแก่ที่สุด ซึ่งมีอายุประมาณ 7 พันล้านปี ถือกำเนิดขึ้นก่อนการก่อตัวของโลกและดวงอาทิตย์
เมื่อ 50 กว่าปีที่แล้วเมื่อวันที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2512 อุกกาบาตตกใกล้หมู่บ้านชนบทของ Murchisonในรัฐวิกตอเรียประเทศออสเตรเลีย พยานเห็นลูกไฟพุ่งทะลุท้องฟ้าและแตกออกเป็นสามชิ้นก่อนเวลา 11.00 น. ตามเวลาท้องถิ่น ตามด้วยเสียงสั่นที่ได้ยินในพื้นที่ ชาวบ้านพบเศษอุกกาบาตหลายชิ้น ซึ่งชิ้นที่ใหญ่ที่สุดมีน้ำหนัก 680 กรัม ชนเข้ากับหลังคาและตกลงไปในกองหญ้าแห้ง เมื่อรวมกันแล้ว อุกกาบาต Murchison ประมาณ 100 กิโลกรัมได้รับการกู้คืนและส่งไปยังสถาบันวิทยาศาสตร์ทั่วโลก
“อุกกาบาต Murchison เป็นทรัพยากรที่ยอดเยี่ยมสำหรับชุมชนวิทยาศาสตร์” Philipp Heck ภัณฑารักษ์อุกกาบาตที่พิพิธภัณฑ์ Field Museum ในชิคาโกกล่าว ซึ่งเป็นที่ตั้งของวัตถุนอกโลกส่วนใหญ่กล่าว “ประกอบด้วยคอนเดนเสทที่เก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะและวัสดุพรีโซลาร์ด้วย”
วัสดุพรีโซลาร์บางชนิด เช่น เมล็ดพืชขนาดเล็กที่ก่อตัวขึ้นก่อนดวงอาทิตย์ วัดขนาดกว้างประมาณ 2 ถึง 30 ไมโครเมตร มีอายุ 4.6 ถึง 4.9 พันล้านปี และหนึ่งในธัญพืชที่วิเคราะห์ในการศึกษา ที่ ตีพิมพ์ในวันนี้ในProceedings of the National Academy of Sciencesนั้น คาดว่าจะมีอายุประมาณ 7 พันล้านปี ทำให้เป็นวัสดุที่รู้จักที่เก่าแก่ที่สุดในโลก
“ดวงอาทิตย์ที่เก่าแก่ที่สุดมีอายุมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 3 พันล้านปี ซึ่งทำให้มันมีอายุประมาณ 7 [หรือ 7.5] พันล้านปี” Heck ผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว ดวงอาทิตย์ก่อตัวเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อน และโลกก่อตัวเมื่อประมาณ 4.54 พันล้านปีก่อน
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ มีการวิเคราะห์ธัญพืชพรีโซลาร์ 50 เมล็ด และทีมวิจัยสามารถประเมินอายุได้ 40 ปี จากการศึกษาพบว่าส่วนใหญ่ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์เกิดขึ้นก่อนระบบสุริยะภายใน 300 ล้านปีหรือน้อยกว่านั้น มีเมล็ดธัญพืชเพียงไม่กี่ชนิด ประมาณ 8 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมีอายุมากกว่าระบบสุริยะมากกว่าหนึ่งพันล้านปี ทำให้เป็นวัสดุที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา เมล็ดธัญพืชเหล่านี้เดิมถูกแยกออกจากเศษอุกกาบาต Murchison ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกเมื่อ 30 ปีที่แล้วแต่พวกเขาได้รับการเก็บรักษาไว้เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์ในอนาคตสามารถศึกษาพวกมันด้วยเทคโนโลยีการออกเดทที่ทันสมัย
Heck กล่าวว่า “เราใช้สารเคมีหลายชนิด รวมทั้งกรดเพื่อละลายซิลิเกตและทุกอย่างที่เกิดขึ้นในระบบสุริยะเพื่อให้ได้เศษฝุ่น presolar ที่ทนต่อกรด เขาอธิบายวิธีการนี้ว่า “เผากองฟางเพื่อหาเข็ม” และในขณะที่วัสดุพรีโซลาร์บางส่วนหายไปในกระบวนการ เทคนิคนี้ให้ผลผลิตเมล็ดพรีโซลาร์นับหมื่น แต่มี “เม็ดใหญ่” ประมาณ 100 เมล็ดเท่านั้น
“ขนาดใหญ่” เป็นคำที่สัมพันธ์กันในกรณีนี้ โดยพิจารณาว่ามวลทั้งหมดของวัสดุที่วิเคราะห์ในการศึกษาใหม่นี้มีเพียง 300 นาโนกรัมหรือ 300 พันล้านในหนึ่งกรัม จนถึงปัจจุบันมีวัสดุจำนวนเล็กน้อย นักวิจัยมองหาอะตอมจำนวนหนึ่งที่เกิดจากรังสีคอสมิกกระทบเม็ดฝุ่น
จนถึงปัจจุบันวัสดุดังกล่าว นักวิจัยได้ใช้เทคนิคพิเศษในการวัดผลกระทบของรังสีคอสมิกที่กระทบกับเมล็ดพืช “เมื่อเมล็ดธัญพืชเหล่านี้ไหลผ่านอวกาศ พวกมันจะได้รับรังสีคอสมิก [และ] รังสีคอสมิกของกาแลคซีที่พวกมันสัมผัสนั้นเป็นโปรตอนพลังงานสูงอย่างเด่นชัด” เฮคกล่าว “ส่วนใหญ่พวกมันแค่บินผ่านเมล็ดข้าวที่เป็นของแข็ง แต่ไม่ค่อยมีปฏิสัมพันธ์กัน [และ] หนึ่งในโปรตอนเหล่านั้นสามารถชนอะตอมในเมล็ดพืชได้”
ทีมงานวัดเศษที่เหลือจากโปรตอนรังสีคอสมิกที่กระทบกับโมเลกุลซิลิกอนคาร์ไบด์และแบ่งอะตอมของซิลิกอนออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ “ซิลิคอนสามารถแบ่งออกเป็นฮีเลียมและนีออนได้” เฮคกล่าว “เราสามารถเอาเมล็ดพืชนั้นมาใส่ในแมสสเปกโตรมิเตอร์ และเราให้ความร้อนเมล็ดพืชด้วยเลเซอร์ ปล่อยก๊าซ และนับแค่อะตอมของนีออนและอะตอมของฮีเลียม จากชนิดของไอโซโทปของฮีเลียมและชนิดของไอโซโทปของนีออน เราสามารถระบุได้ว่าไอโซโทปเกิดจากรังสีคอสมิกหรือไม่ และเมื่อเราทราบจำนวนอะตอมของฮีเลียมและนีออนที่ผลิตด้วยรังสีคอสมิก เราสามารถคำนวณอายุได้ เนื่องจากอัตราการผลิตค่อนข้างคงที่ตลอดเวลา”
เทคนิคการหาคู่นี้ ซึ่งนับอะตอมที่เหลือจากการชนกับรังสีคอสมิก ได้รับการทดสอบในตัวเร่งอนุภาคเพื่อยืนยันว่าสามารถให้การประมาณอายุที่แม่นยำได้ Heck เปรียบเทียบกับ “การวางถังในพายุฝน จากนั้นวัดปริมาณน้ำที่สะสม จากนั้นเราสามารถบอกได้ว่าอยู่ข้างนอกนานแค่ไหน มันจะใช้ได้ก็ต่อเมื่อปริมาณน้ำฝนคงที่เมื่อเวลาผ่านไป และนั่นก็โชคดีที่มีรังสีคอสมิก”
อย่างไรก็ตาม เทคนิคการหาคู่อื่นๆ เช่น การเปรียบเทียบอัตราส่วนไอโซโทปที่ทิ้งไว้โดยการสลายตัวของวัสดุกัมมันตภาพรังสี ยังไม่สามารถใช้ระบุวันที่ที่แน่นอนสำหรับเม็ดฝุ่นโบราณเหล่านี้ได้ และยิ่งวัสดุมีอายุมากหรือเมล็ดข้าวยิ่งเล็ก ความไม่แน่นอนในการประมาณการการออกเดทก็จะยิ่งสูงขึ้น
Pierre Haenecour ผู้ช่วยศาสตราจารย์จาก Lunar and Planetary Laboratory แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนาที่ศึกษาอุกกาบาตและเม็ดฝุ่นในอวกาศกล่าวว่า “มีความไม่แน่นอนอยู่มากเนื่องจากมีแบบจำลองจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดอายุเหล่านั้น ศึกษา. ตัวอย่างเช่น อัตราที่รังสีคอสมิกกระทบกับวัสดุ และจำนวนครั้งที่ปฏิกิริยาเหล่านั้นแยกอะตอมของซิลิกอนต้องถูกประมาณ “ไม่ใช่วิธีที่ตรงไปตรงมาในการวัดความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปและรับอายุโดยตรงจากการวัดนั้น จึงเป็นค่าประมาณที่ยาก แต่ถึงกระนั้น การที่รู้ว่าธัญพืชเหล่านั้น [บางส่วน] มีอายุอย่างน้อย 300 ล้านปีมากกว่าสิ่งใดในระบบสุริยะ … เป็นการยืนยันว่าแท้จริงแล้วพวกมันเป็นของแข็งที่เก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะ”
สำหรับเมล็ดธัญพืชที่เก่าแก่ที่สุด Haenecour กล่าวว่า “ฉันคิดว่าเป็นเรื่องยากที่จะรู้จริงๆ ว่าเมล็ดพืชนี้มีอายุ 7 พันล้านปี” แต่เสริมว่าเมล็ดข้าวนั้นดูเก่ากว่าเมล็ดพืชชนิดอื่นๆ ในการศึกษามาก
Heck และคณะยังตั้งสมมติฐานว่าธัญพืชส่วนใหญ่ในการศึกษานี้สามารถก่อตัวขึ้นได้ในช่วงการก่อตัวดาวฤกษ์เมื่อประมาณ 7 พันล้านปีก่อนซึ่งจะผลิตฝุ่นจำนวนมากเมื่อประมาณ 4.6 ถึง 4.9 พันล้านปีก่อน ซึ่งมีอายุเท่ากับ ธัญพืชส่วนใหญ่ เม็ดฝุ่นเหล่านั้นก่อตัวขึ้นที่ไหนสักแห่งในทางช้างเผือก รวมตัวกันเป็นก้อน และในที่สุดก็เข้าไปในจานก๊าซและฝุ่นรอบๆ ดวงอาทิตย์แรกเกิด ที่ซึ่งพวกมันผสมกับวัสดุที่รวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์น้อย หลายพันล้านปีต่อมา ชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อยดวงนั้นชนเข้ากับออสเตรเลีย มีอุกกาบาตเพียงประมาณห้าเปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มีธัญพืชพรีโซลาร์ และในหินอวกาศที่มีลักษณะเฉพาะเหล่านั้น วัสดุพรีโซลาร์มีสัดส่วนเพียงไม่กี่ส่วนต่อล้านของเมล็ดในอุกกาบาตทั้งหมด
ในอนาคต Heck และคนอื่น ๆ จะแยกเมล็ด presolar ออกจากอุกกาบาตเช่น Murchison และยังคงวันที่พวกเขาโดยใช้เทคนิครังสีคอสมิก ด้วยธัญพืชที่มากขึ้น นักวิจัยสามารถปรับปรุงการประมาณอายุของพวกเขาเพื่อทดสอบความถูกต้องของวิธีการเพิ่มเติม และนักวิจัยยังสามารถปรับปรุงเทคนิคสเปกโทรสโกปีเพื่อวัดอัตราส่วนยูเรเนียมและตะกั่วไอโซโทปเพื่อให้ได้อายุที่แน่นอน คล้ายกับการลงวันที่ของหินบนบก Haenecour กล่าว
“ด้วยการศึกษาครั้งนี้ เราเพิ่งเริ่มต้นการเดินทางสำรวจประวัติศาสตร์ของกาแลคซีด้วยอุกกาบาต” Heck กล่าว “สิ่งที่น่าทึ่งก็คือ เรามีหินในคอลเล็กชั่นของเรา ซึ่งเราเพิ่งนำออกจากตู้และเรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของดาราจักรของเรา”
