W pewnym momencie wszyscy entuzjaści nauki usłyszeli niesławne słowa Carla Sagana: „Jesteśmy stworzeni z gwiazd”. Ale co to dokładnie znaczy? W jaki sposób kolosalne kule plazmy, które zachłannie spalają paliwo jądrowe w odległej przestrzeni i czasie, mogą przyczynić się do powstania ogromnej złożoności naszego ziemskiego świata? Jak to się dzieje, że „azot w naszym DNA, wapń w naszych zębach, żelazo w naszej krwi, węgiel w naszych szarlotkach” mogły zostać tak bezkarnie wykuwane głęboko w sercach tych olbrzymich gwiezdnych gigantów?
Nic dziwnego, że historia jest zarówno elegancka, jak i głęboko inspirująca.
Wszystkie gwiazdy pochodzą ze skromnych początków: mianowicie gigantycznej, wirującej bryły gazu i pyłu. Grawitacja wprawia chmurę w kondensację podczas wirowania, wirując w coraz bardziej ciasno upakowaną kulę materiału. W końcu gwiazda, która ma być, staje się tak gęsta i gorąca, że cząsteczki wodoru w rdzeniu zderzają się i łączą w nowe cząsteczki helu. Te reakcje jądrowe uwalniają potężne wybuchy energii w postaci światła. Gaz świeci jasno; rodzi się gwiazda.
Ostateczny los naszej raczkującej gwiazdy zależy od jej masy. Mniejsze, lekkie gwiazdy palą się wodorem w jądrze wolniej niż gwiazdy cięższe, jaśniejąc nieco słabiej, ale żyjąc znacznie dłużej. Z czasem jednak spadające poziomy wodoru w centrum gwiazdy powodują mniej reakcji syntezy wodoru; mniej reakcji syntezy wodoru oznacza mniej energii, a zatem mniejsze ciśnienie zewnętrzne.
W pewnym momencie gwiazda nie jest już w stanie utrzymać napięcia, jakie rdzeń utrzymywał względem masy jej zewnętrznych warstw. Grawitacja przechyla skalę, a zewnętrzne warstwy zaczynają walić się w rdzeń. Ale ich upadek nagrzewa rzeczy, zwiększając presję rdzenia i ponownie odwracając proces. Nowa skorupa spalająca wodór powstaje tuż poza rdzeniem, przywracając bufor przeciw grawitacji warstw powierzchniowych gwiazdy.
Podczas gdy rdzeń kontynuuje reakcje syntezy helu o niższej energii, siła nowej powłoki płonącej wodór naciska na zewnętrzną stronę gwiazdy, powodując, że zewnętrzne warstwy puchną coraz bardziej. Gwiazda rozszerza się i ochładza w czerwonego olbrzyma. Jego zewnętrzne warstwy ostatecznie unikną przyciągania grawitacji, odpłyną w przestrzeń kosmiczną i pozostawiają mały martwy rdzeń - biały karzeł.
Cięższe gwiazdy również czasami chwieją się w walce między ciśnieniem i grawitacją, tworząc nowe skorupy atomów do stopienia się w tym procesie; jednak w przeciwieństwie do mniejszych gwiazd, ich nadwyżka masy pozwala im tworzyć te warstwy. Rezultatem jest seria koncentrycznych kul, z których każda zawiera cięższe elementy niż otaczająca ją. Wodór w rdzeniu powoduje powstanie helu. Atomy helu łączą się ze sobą, tworząc węgiel. Węgiel łączy się z helem, tworząc tlen, który wtapia się w neon, potem magnez, a następnie krzem… aż po układ okresowy do żelaza, gdzie kończy się łańcuch. Takie masywne gwiazdy działają jak piec, napędzając te reakcje za pomocą czystej dostępnej energii.
Ale ta energia jest skończonym zasobem. Gdy rdzeń gwiazdy zamieni się w stałą kulę żelaza, nie może już stapiać elementów w celu wytworzenia energii. Podobnie jak w przypadku mniejszych gwiazd, mniej reakcji energetycznych w rdzeniu gwiazd o dużej masie oznacza mniejszy nacisk zewnętrzny na siłę grawitacji. Zewnętrzne warstwy gwiazdy zaczną się wówczas zapadać, przyspieszając tempo fuzji ciężkich pierwiastków i dodatkowo zmniejszając ilość energii dostępnej do utrzymania tych zewnętrznych warstw. Gęstość rośnie wykładniczo w kurczącym się rdzeniu, łącząc protony i elektrony tak ściśle, że staje się całkowicie nową istotą: gwiazdą neutronową.
W tym momencie rdzeń nie może być gęstszy. Masywne zewnętrzne skorupy gwiazdy - wciąż upadające do wewnątrz i wciąż pełne lotnych pierwiastków - nie mają już gdzie pójść. Wbijają się w rdzeń jak pędząca platforma wiertnicza uderzająca o ścianę z cegły i wybuchają w potworną eksplozję: supernową. Niezwykłe energie wytworzone podczas tego wybuchu pozwalają wreszcie na stopienie pierwiastków jeszcze cięższych niż żelazo, od kobaltu aż po uran.
Energetyczna fala uderzeniowa wytwarzana przez supernową przenosi się w kosmos, uwalniając ciężkie pierwiastki. Atomy te można później włączyć do układów planetarnych, takich jak nasz. Biorąc pod uwagę odpowiednie warunki - na przykład odpowiednio stabilną gwiazdę i pozycję w jej Strefie Mieszkalnej - elementy te stanowią elementy składowe złożonego życia.
Dzisiaj nasze codzienne życie jest możliwe dzięki tym właśnie atomom wykutym dawno temu w życiu i śmierci masywnych gwiazd. Nasza zdolność do robienia czegokolwiek - obudź się z głębokiego snu, zjedz pyszny posiłek, prowadź samochód, napisz zdanie, dodaj i odejmij, rozwiąż problem, zadzwoń do przyjaciela, śmiej się, płacz, śpiewaj, tańcz, biegnij, skakać i grać - rządzi się głównie zachowaniem drobnych łańcuchów wodoru w połączeniu z cięższymi pierwiastkami, takimi jak węgiel, azot, tlen i fosfor.
Inne ciężkie pierwiastki są obecne w ciele w mniejszych ilościach, ale mimo to są równie ważne dla prawidłowego funkcjonowania. Na przykład wapń, fluor, magnez i krzem działają razem z fosforem w celu wzmocnienia i wzrostu naszych kości i zębów; zjonizowany sód, potas i chlor odgrywają istotną rolę w utrzymaniu równowagi płynów i aktywności elektrycznej organizmu; a żelazo stanowi kluczową część hemoglobiny, białka, które wyposaża nasze czerwone krwinki w zdolność dostarczania tlenu, który wdychamy do reszty naszego ciała.
Więc następnym razem, gdy masz zły dzień, spróbuj tego: zamknij oczy, weź głęboki oddech i kontempluj łańcuch wydarzeń, który łączy twoje ciało i umysł z miejscem oddalonym o miliardy lat świetlnych, daleko w odległych zakątkach przestrzeń i czas. Przypomnij sobie, że masywne gwiazdy, wielokrotnie większe od naszego Słońca, spędzały miliony lat przekształcając energię w materię, tworząc atomy, które tworzą każdą część ciebie, Ziemię i każdego, kogo znasz i kochałeś.
My, ludzie, jesteśmy tacy mali; a jednak delikatny taniec cząsteczek wykonanych z tego gwiezdnego materiału daje podstawy do biologii, która pozwala nam zastanowić się nad naszym szerszym Wszechświatem i tym, w jaki sposób w ogóle powstaliśmy. Sam Carl Sagan wyjaśnił to najlepiej: „Pewna część naszej istoty wie, skąd się wzięliśmy. Pragniemy wrócić; i możemy, ponieważ kosmos również jest w nas. Jesteśmy stworzeni z gwiazd. Jesteśmy sposobem na poznanie kosmosu. ”
