สำหรับการศึกษานี้ ทีมงานได้พัฒนาโครงร่างรูปแบบใหม่ ซึ่งรวมกลศาสตร์ควอนตัมและอุณหพลศาสตร์เข้าด้วยกัน เพื่อจำลองสภาวะที่เมล็ดข้าวถูกเปิดเผยในระหว่างการก่อตัว เมื่อระบบสุริยะเป็นจานหมุนของก๊าซและฝุ่นที่รู้จักกันในชื่อดาวเคราะห์ก่อกำเนิด ดิสก์หรือเนบิวลาสุริยะ การเปรียบเทียบการคาดคะเนจากแบบจำลองกับการวิเคราะห์รายละเอียดอย่างยิ่งขององค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกของตัวอย่าง ร่วมกับแบบจำลองว่าสสารถูกส่งผ่านอย่างไรในเนบิวลาสุริยะ เผยให้เห็นเบาะแสเกี่ยวกับการเดินทางของเมล็ดพืชและสภาพแวดล้อมที่หล่อหลอมมันตลอดทาง .

ธัญพืชที่วิเคราะห์ในการศึกษานี้เป็นหนึ่งในสารเจือปนหลายอย่างที่เรียกว่าการรวมตัวที่อุดมด้วยแคลเซียม-อะลูมิเนียม หรือ CAI ที่ค้นพบในตัวอย่างจากอุกกาบาต Allende ซึ่งตกลงมาเหนือรัฐชิวาวาของเม็กซิโกในปี 2512 CAI เป็นที่สนใจเป็นพิเศษเนื่องจากพวกมัน คิดว่าเป็นหนึ่งในของแข็งแรกที่ก่อตัวในระบบสุริยะเมื่อกว่า 4.5 พันล้านปีก่อน

คล้ายกับการที่ตราประทับในหนังสือเดินทางบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับการเดินทางของนักเดินทางและหยุดระหว่างทาง โครงสร้างระดับจุลภาคและขนาดอะตอมของตัวอย่างจะปลดล็อกบันทึกประวัติการก่อตัวของพวกมัน ซึ่งถูกควบคุมโดยสภาพแวดล้อมโดยรวมที่พวกเขาถูกเปิดเผย .

"เท่าที่เราทราบ งานวิจัยของเราเป็นบทความแรกที่บอกเล่าเรื่องราวที่มาซึ่งให้เบาะแสเกี่ยวกับกระบวนการที่น่าจะเกิดขึ้นในระดับระยะทางทางดาราศาสตร์กับสิ่งที่เราเห็นในตัวอย่างของเราในระดับระยะทางปรมาณู" Tom Zega กล่าว ศาสตราจารย์ในห้องปฏิบัติการ Lunar and Planetary Laboratory ของมหาวิทยาลัยแอริโซนา และเป็นผู้เขียนบทความฉบับแรก ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร The Planetary Science Journal

Zega และทีมของเขาวิเคราะห์องค์ประกอบของการเจือปนที่ฝังอยู่ในอุกกาบาตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบสแกนความละเอียดระดับอะตอม อันล้ำสมัย หนึ่งที่ Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility ของ UArizona และกล้องจุลทรรศน์น้องสาวของมันที่โรงงานฮิตาชิในฮิตาชินากะ ประเทศญี่ปุ่น .

การรวมพบว่าประกอบด้วยแร่ธาตุส่วนใหญ่ที่รู้จักกันในชื่อนิลและเพรอฟสไกต์ ซึ่งยังพบในหินบนโลกด้วย และกำลังได้รับการศึกษาว่าเป็นวัสดุที่เป็นตัวเลือกสำหรับการใช้งาน เช่น ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตโวลตาอิก

ของแข็งที่คล้ายกันเกิดขึ้นในอุกกาบาตประเภทอื่นที่เรียกว่า carbonaceous chondrites ซึ่งน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวเคราะห์ เนื่องจากเป็นที่ทราบกันว่าเป็นเศษซากจากการก่อตัวของระบบสุริยะและมีโมเลกุลอินทรีย์ รวมทั้งสารที่อาจจัดหาวัตถุดิบ เพื่อชีวิต.

การวิเคราะห์การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมได้อย่างแม่นยำช่วยให้ทีมศึกษาโครงสร้างผลึกที่อยู่เบื้องล่างได้อย่างละเอียด ที่น่าประหลาดใจของทีมคือ ผลลัพธ์บางส่วนขัดแย้งกับทฤษฎีปัจจุบันเกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพที่คิดว่ามีการใช้งานภายในดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ กระตุ้นให้พวกเขาขุดลึกลงไป

"ความท้าทายของเราคือเราไม่รู้ว่าวิถีทางเคมีใดที่นำไปสู่ต้นกำเนิดของสิ่งเจือปนเหล่านี้" เซก้ากล่าว "ธรรมชาติคือบีกเกอร์ในห้องปฏิบัติการของเรา และการทดลองนั้นเกิดขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อนที่เราจะมีตัวตน ในสภาพแวดล้อมที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง"

Zega กล่าวว่าทีมงานตั้งใจที่จะ "วิศวกรรมย้อนกลับ" ในการสร้างตัวอย่างจากนอกโลกโดยการออกแบบโมเดลใหม่ที่จำลองกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนซึ่งตัวอย่างจะต้องอยู่ภายในดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์

"แบบจำลองดังกล่าวต้องการการบรรจบกันอย่างใกล้ชิดของความเชี่ยวชาญในสาขาวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ วัสดุศาสตร์ วิทยาศาสตร์แร่ และกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งเป็นสิ่งที่เราตั้งใจจะทำ" กฤษณะ มูราลิธารัน ผู้ร่วมวิจัยและรองศาสตราจารย์ใน UArizona กล่าวเสริม ภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์.

จากข้อมูลที่ผู้เขียนสามารถหยอกล้อจากตัวอย่างของพวกเขาได้ พวกเขาสรุปว่าอนุภาคก่อตัวขึ้นในบริเวณดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากที่ซึ่งโลกอยู่ตอนนี้ จากนั้นจึงเดินทางเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น ซึ่งร้อนขึ้นเรื่อยๆ เพียงเพื่อย้อนกลับในภายหลังและล้างในส่วนที่เย็นกว่าซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์น้อย ในที่สุดก็รวมเข้ากับดาวเคราะห์น้อยซึ่งต่อมาแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ชิ้นส่วนเหล่านั้นบางส่วนถูกจับโดยแรงโน้มถ่วงของโลกและตกลงมาเป็นอุกกาบาต

ตัวอย่างสำหรับการศึกษานี้นำมาจากด้านในของอุกกาบาตและถือเป็นตัวอย่างดั้งเดิม กล่าวคือ ไม่ได้รับผลกระทบจากอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม เชื่อกันว่าวัสดุดึกดำบรรพ์ดังกล่าวไม่ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใดๆ นับตั้งแต่เกิดขึ้นครั้งแรกเมื่อกว่า 4.5 พันล้านปีก่อน ซึ่งหาได้ยาก ไม่ว่าวัตถุที่คล้ายกันจะเกิดขึ้นในดาวเคราะห์น้อย Bennu หรือไม่ ตัวอย่างที่จะกลับสู่โลกโดยภารกิจ OSIRIS-REx ที่นำโดย UArizona ในปี 2023 ยังคงต้องรอดู ก่อนหน้านั้น นักวิทยาศาสตร์พึ่งพาตัวอย่างที่ตกลงสู่พื้นโลกผ่านอุกกาบาต

Venkat Manga ผู้ร่วมเขียนรายงานและผู้ช่วยศาสตราจารย์วิจัยใน UArizona Department of Materials Science and Engineering กล่าวว่า "วัสดุนี้เป็นบันทึกเดียวของเราเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น 4.567 พันล้านปีก่อนในเนบิวลาสุริยะ "ความสามารถในการดูโครงสร้างจุลภาคของตัวอย่างของเราในระดับต่างๆ จนถึงความยาวของแต่ละอะตอม ก็เหมือนกับการเปิดหนังสือ"

ผู้เขียนกล่าวว่าการศึกษาเช่นนี้อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวเคราะห์เข้าใกล้ "แบบจำลองที่ยิ่งใหญ่ของการก่อตัวดาวเคราะห์" มากขึ้นอีกขั้น นั่นคือ ความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับสสารที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ จาน จานประกอบด้วยอะไร และมันก่อให้เกิด ดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์

กล้องโทรทรรศน์วิทยุอันทรงพลัง เช่น Atacama Large Millimeter/submillimeter Array หรือ ALMA ในชิลี อนุญาตให้นักดาราศาสตร์มองเห็นระบบดาวในขณะที่พวกมันมีวิวัฒนาการ Zega กล่าว

"บางทีในบางจุดเราสามารถตรวจสอบดิสก์ที่กำลังพัฒนา และจากนั้นเราสามารถเปรียบเทียบข้อมูลของเราระหว่างสาขาวิชาต่างๆ และเริ่มตอบคำถามสำคัญๆ เหล่านั้นได้" Zega กล่าว อนุภาคฝุ่นเหล่านี้ก่อตัวขึ้นตามที่เราคิดว่าเกิดขึ้นในระบบสุริยะของเราเองหรือไม่ อนุภาคเหล่านี้มีอยู่ทั่วไปในระบบดาวทุกดวงหรือไม่ เราควรคาดหวังรูปแบบที่เราเห็นในระบบสุริยะของเราหรือไม่ -- ดาวเคราะห์หินใกล้กับดาวใจกลางและก๊าซยักษ์ที่อยู่ไกลออกไป -- ในทุกระบบ?

“เป็นช่วงเวลาที่น่าสนใจจริงๆ ในการเป็นนักวิทยาศาสตร์เมื่อสาขาวิชาเหล่านี้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว” เขากล่าวเสริม "และมันยอดเยี่ยมมากที่ได้อยู่ในสถาบันที่นักวิจัยสามารถสร้างความร่วมมือแบบสหวิทยาการระหว่างแผนกดาราศาสตร์ ดาวเคราะห์ และวัสดุศาสตร์ชั้นนำในมหาวิทยาลัยเดียวกันได้"