Göktaşlarındaki organik karbon, asteroitlerinden eski oksijen taşıyor

Bir karbonlu kondrit kesildiğinde içi kömür gibi koyudur. O karanlığın bir kısmı, gözle seçilemeyecek kadar küçük organik madde taneciklerinden gelir. Bu tanecikler 4,5 milyar yıldan uzun süredir asteroitlerin içinde bekliyor ve bir bölümünün göktaşlarıyla genç Dünya'ya inmiş olabileceği düşünülüyor. Harvard Üniversitesi'nden bir ekip şimdi bu maddenin karbonuna ya da azotuna değil, içindeki oksijene baktı. Çıkan sonuç şu: oksijen, maddeyi saklayan asteroitten daha eski bir dönemin izini taşıyor.

Çalışma Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde "Meteoritic organic matter records primitive oxygen reservoirs of the solar system" başlığıyla yayımlandı. Yazarlar Harvard Yer ve Gezegen Bilimleri Bölümü'nden Daniel R. Crocker ile David T. Johnston, Carnegie Bilim Enstitüsü'nden Conel M. O'D. Alexander ve Kaliforniya Üniversitesi San Diego'dan Mark H. Thiemens.

Neden önemli: Dünya'nın mirası mı, asteroitin ürünü mü?

Yaşamın kimyasal başlangıcı üzerine düşünürken çoğu zaman genç Dünya'nın okyanusları ve atmosferi esas alınır. Oysa gezegene dışarıdan gelen organik madde de bu hesabın bir parçası. Asıl zor soru, göktaşlarında bulduğumuz organik maddenin ne zaman ve nerede oluştuğu. Güneş'i saran gaz ve toz diskinde mi doğdu, yoksa asteroitler oluştuktan sonra onların içinde, su ve kayayla tepkimeye girerek mi?

Bu ayrım önemli; çünkü ilk durumda Dünya, Güneş Sistemi'nin doğduğu ortamdan hazır bir kimyasal miras almış olur. Crocker ve Johnston bunu şöyle özetliyor: işe genç Dünya'daki kimyadan başlamak yerine, Dünya ve öteki genç gezegenlerin içinde doğdukları ortamdan hangi organik malzemeyi devraldığını sorabiliyoruz.

Üç oksijen, bir parmak izi

Oksijenin üç kararlı türü, yani izotopu vardır: oksijen-16, oksijen-17 ve oksijen-18. Yeryüzündeki sıradan süreçlerde ağır izotopların oranı birbirine bağlı biçimde değişir; oksijen-18 bir miktar artarsa oksijen-17 de yaklaşık yarısı kadar artar. Bu yüzden iki oran grafiğe döküldüğünde karasal örnekler tek bir eğik çizgi üzerinde dizilir.

Karbonlu kondritlerin susuz mineralleri ise başka bir çizgiye oturur. Bu çizginin dayanağı, 1969'da Meksika'ya düşen Allende göktaşının mineralleriyle 1977'de çizildi; bilim insanları ona CCAM çizgisi (karbonlu kondrit susuz mineral çizgisi) diyor. Çizgi, erken Güneş Sistemi'nde farklı oksijen içeriğine sahip ilkel kaynakların birbirine karışmasıyla ilişkilendiriliyor; ama karışımı neyin ürettiği hâlâ tartışmalı.

Ekip, asitlerde ve çözücülerde çözünmeyen organik maddeyi (İngilizce kısaltmasıyla IOM) ayırdı. En ilkel kondritlerde organik maddenin karbon oranı ağırlıkça yüzde 4'e kadar çıkıyor; bu maddenin yüzde 30 ile 80'i çözünmeyen türden. Örnekler, oluştuğundan beri erimemiş yedi ilkel göktaşından geldi: CI, CM ve CR gruplarından taşlar ile Bells ve Tarda göktaşları.

Su değdi ama izi silmedi

Bu asteroitlerin içinde zamanında sıvı su dolaştığı biliniyor; su da oksijen alışverişi yaparak izotop imzasını bozabilir. Araştırmacılar, organik madde asteroit suyuyla ciddi biçimde oksijen değiştirmiş olsaydı oksijen-18 değerinin bir başvuru standardının binde 27 ile 58 üzerinde çıkacağını hesapladı. Ölçülen değerler ise binde 10 ile 12 arasında kaldı.

Daha da dikkat çekeni, birbirinden çok farklı geçmişe sahip taşların neredeyse aynı sonucu vermesi. Oksijen-18 değerleri yalnızca binde 2 kadar oynadı ve her örnek ölçüm hatası sınırları içinde CCAM çizgisinin üzerinde kaldı. Crocker, oluştuktan sonra çok farklı değişimler geçirmiş göktaşlarında oksijen izotop bileşimlerinin bu kadar benzer çıkmasının kendisini şaşırttığını söylüyor.

Isının etkisini sınamak için ekip, Mighei göktaşından alınan organik maddeyi vakumda bir saat boyunca ısıttı. 500 derecelik denemede madde oksijeninin yaklaşık yüzde 59'unu, 600 derecelikte yüzde 67'sini kaybetti; geride kalan oksijen, doğada ısınmış göktaşlarında görülen eğilimin aynısı boyunca kaydı. Yani ısı imzayı değiştirebiliyor, ama ilkel ve az ısınmış taşlarda bu olmamış görünüyor.

Oksijen nereden geldi?

Erken Güneş Sistemi'nde oksijen-16 bakımından fakir olan başlıca bileşen suydu. Yazarlar bu nedenle organik maddenin oksijenini oluşurken bu eski sudan aldığını düşünüyor. Aynı iyi karışmış kaynağın birden fazla asteroite dağılmış olması da doğum yeri olarak dış Güneş Sistemi'ni öne çıkarıyor. Ancak ekip açık konuşuyor: kaynağı tek bir yere ya da tek bir oksijen taşıyan moleküle henüz bağlayamıyorlar.

Arka plan: göktaşından örnek kabına

Bu tür ölçümlerin değeri son yıllarda arttı. Japonya'nın Hayabusa2 aracı Ryugu asteroitinden, NASA'nın OSIRIS-REx aracı da Bennu'dan Dünya'ya örnek getirdi. Bu örnekler atmosferden geçmediği ve yeryüzünde kirlenmediği için en temiz başvuru malzemesi sayılıyor. Göktaşlarında kurulan oksijen yöntemi, aynı soruyu bu doğrudan örneklere sormanın da yolunu açıyor: organik madde asteroitlerde mi pişti, yoksa onlara hazır mı geldi?

Çalışmanın sınırı da belli. Ölçüm yedi göktaşına dayanıyor ve oksijenin hangi molekülle taşındığı bilinmiyor. Sıradaki adım, bu ilkel imzayı üreten ortamı daha dar bir bölgeye ve belirli bir kimyasal yola indirgemek. Bunu başarmak, Dünya'ya düşen karbonun gökyüzünde hangi koşullarda doğduğunu söylemek anlamına gelecek.

Fotoğraf: User:Basilicofresco, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons