Meteorites geeft een gedetailleerd beeld van de ruimte

Als je ooit een vallende ster hebt gezien, heb je waarschijnlijk al een meteoor naar de aarde zien komen. Degenen die hier landen, worden meteorieten genoemd en kunnen worden gebruikt om terug in de tijd te gluren, in de verre uithoeken van de ruimte of in de oudste bouwstenen van het leven. Vandaag rapporteren wetenschappers enkele van de meest gedetailleerde analyses tot nu toe van de organische materialen van twee meteorieten. Ze hebben tienduizenden moleculaire “puzzelstukjes” geïdentificeerd, waaronder meer zuurstofatomen dan ze hadden verwacht.

De onderzoekers zullen hun bevindingen presenteren tijdens de voorjaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2023 is een hybride bijeenkomst die virtueel en persoonlijk plaatsvindt van 26-30 maart.

Eerder onderzocht het team onder leiding van Alan Marshall, Ph.D., complexe mengsels van organisch materiaal op aarde, waaronder aardolie. Maar nu richten ze hun aandacht op de lucht – of dingen die van hen zijn gevallen. Superresolutie massaspectrometrie (MS)-technologie begint nieuwe informatie over het universum te onthullen en zou uiteindelijk een venster kunnen bieden op de oorsprong van het leven zelf.

“Deze analyse geeft ons een idee van wat daarbuiten is en wat we zullen tegenkomen als we verder gaan als een ‘ruimtevarende’ soort”, zegt Joseph Fry-Jones, een afgestudeerde student die het werk op de bijeenkomst presenteert. Fry-Jones werkt aan de Florida State University en het National High Magnetic Field Laboratory.

Duizenden meteorieten vallen elk jaar op aarde, maar slechts enkele zijn “koolstofhoudende chondrieten”, de klasse van ruimterotsen die het meest organische of koolstofhoudende materiaal bevatten. Een van de bekendste is de “Murchison”-meteoriet, die in 1969 in Australië viel en sindsdien uitgebreid is bestudeerd. De meest recente inzending is de relatief onontdekte “Aguas Zarcas”, die in 2019 in Costa Rica viel en door achterportieken en zelfs het hondenhok schoot toen de stukken op de grond vielen. Door de organische samenstelling van deze meteorieten te begrijpen, kunnen onderzoekers informatie krijgen over waar en wanneer de rotsen zijn gevormd en wat ze tegenkwamen tijdens hun reis door de ruimte.

Om de complexe wirwar van deeltjes op meteorieten te begrijpen, hebben wetenschappers zich tot MS gewend. Deze techniek verdeelt een monster in kleine deeltjes en bepaalt vervolgens in wezen de massa van elk, weergegeven door een piekvorm. Door de reeks pieken of het spectrum te analyseren, kunnen wetenschappers zien wat er in het oorspronkelijke monster zat. Maar in veel gevallen is de resolutie van de spectrometer alleen goed genoeg om de aanwezigheid van een verbinding te bevestigen waarvan werd aangenomen dat deze aanwezig was, in plaats van informatie te geven over onbekende componenten.

Dit is waar cyclotron-ionresonantie (FT-ICR) MS, ook wel bekend als “superresolutie” MS, van pas komt. Het kan ongelooflijk complexe mengsels analyseren met zeer hoge niveaus van precisie en nauwkeurigheid. Het is met name geschikt voor de analyse van mengsels, zoals aardolie, of complexe organische stoffen die uit een meteoriet zijn gewonnen. “Met deze tool hebben we echt de precisie om alles in veel soorten monsters te bekijken”, zegt Frye-Jones.

De onderzoekers haalden het organische materiaal uit monsters van de meteorieten van Murchison en Aguas Zarcas en analyseerden het vervolgens met MS met hoge resolutie. In plaats van slechts één specifieke klasse moleculen tegelijk te analyseren, zoals aminozuren, kozen ze ervoor om alle oplosbare organische stoffen tegelijk te bekijken. Dit leverde het team meer dan 30.000 pieken van elke meteoriet op voor analyse, en meer dan 60% daarvan kon een unieke moleculaire formule krijgen. Frye-Jones zegt dat deze resultaten de eerste analyse van deze soort vertegenwoordigen op de Aguas Zarcas-meteoriet en de analyse met de hoogste resolutie op Murchison. Dit team identificeerde zelfs bijna twee keer zoveel moleculaire formules als eerder gerapporteerd voor de oudere meteoriet.

Nadat de gegevens waren geïdentificeerd, werden ze gesorteerd in unieke groepen op basis van verschillende eigenschappen, zoals of ze zuurstof of zwavel bevatten, of ze een ringstructuur of dubbele bindingen hadden. Ze waren verrast om een ​​grote hoeveelheid zuurstof tussen de verbindingen te vinden. “Beschouw zuurstofhoudende organische stoffen niet als een groot deel van meteorieten,” legde Marshall uit.

De onderzoekers zullen dan hun aandacht richten op twee veel waardevollere monsters: een paar gram maanstof van respectievelijk de Apollo 12- en 14-missies van 1969 en 1971. Deze voorbeelden dateren van vóór Marshalls uitvinding van de FT-ICR MS in het begin van de jaren zeventig. De apparaten hebben in de decennia daarna een lange weg afgelegd en zijn nu volledig uitgerust om deze poeders te analyseren. Het team zal binnenkort hun bevindingen van de meteorietanalyses vergelijken met gegevens die ze hebben verkregen uit maanmonsters, in de hoop meer informatie te krijgen over waar het maanoppervlak vandaan kwam. “Was het van meteorieten? Zonnestraling? Daar zouden we binnenkort enig licht op moeten kunnen werpen”, zegt Marshall.