Wszyscy to słyszeliśmy: kiedy pijesz szklankę wody, woda ta już przedostała się przez szereg przewodów pokarmowych innych ludzi. Może Hun Attila lub Vlad the Impaler; może nawet Tyrannosaurus Rex.
To samo dotyczy gwiazd i materii. Cała materia, którą widzimy wokół nas na Ziemi, nawet nasze własne ciała, przeszła co najmniej jeden cykl gwiezdnych narodzin i śmierci, a może nawet więcej. Ale jaki rodzaj gwiazdy?
Właśnie o tym chciał wiedzieć zespół naukowców z ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich).
Historia naszego Układu Słonecznego rozpoczęła się około 4,5 miliarda lat temu, gdy zapadła się chmura molekularna. Pośrodku tej zapadniętej chmury Słońce ożyło w wybuchu fuzji i wokół niego utworzył się krążek gazu i pyłu. Ostatecznie wszystkie planety Układu Słonecznego uformowały się z tego dysku protoplanetarnego.
Wewnątrz tego krążka materiału znajdowały się ziarna pyłu, które powstały wokół niektórych innych gwiazd. Te specjalne ziarna były rozmieszczone nierównomiernie na całej płycie, „jak sól i pieprz”, według Marii Schönbächler, profesor w Instytucie Geochemii i Petrologii w ETH w Zurychu. Gdy powstały planety Układu Słonecznego, każda zawierała własną mieszankę gazu i pyłu oraz tych specjalnych ziaren.
Postępy w technikach pomiarowych pozwalają naukowcom wykryć materiał, z którego powstały planety, i ustalić jego pochodzenie. Wszystko sprowadza się do izotopów. Izotop jest atomem danego pierwiastka z taką samą liczbą protonów w jądrze, ale inną liczbą neutronów. Na przykład istnieją różne izotopy węgla, takie jak C13 i C14. Podczas gdy wszystkie izotopy węgla mają 6 protonów, C13 ma 7 neutronów, podczas gdy C14 ma 8 neutronów.
Mieszanka różnych izotopów na planecie - nie tylko węgla, ale także innych pierwiastków - jest jak odcisk palca. Ten odcisk palca może wiele powiedzieć naukowcom o pochodzeniu ciała.
„Gwiezdny pył ma naprawdę ekstremalne, unikalne odciski palców - a ponieważ rozkładał się nierównomiernie przez dysk protoplanetarny, każda planeta i każda asteroida otrzymały swój własny odcisk palca, kiedy został utworzony”, powiedział Schönböchler w komunikacie prasowym.
Przez lata naukowcy badali te odciski palców na Ziemi i meteorytach. Porównania między nimi pokazują, jak długo martwe czerwone gigantyczne gwiazdy przyczyniły się do powstania Ziemi i wszystkiego na niej. W tym nas.
Naukowcy byli w stanie porównać te izotopowe anomalie między Ziemią a meteorytami pod kątem coraz większej liczby pierwiastków. Schönböchler i inni naukowcy odpowiedzialni za nowe badania badali meteoryty, które były częścią rdzenia zniszczonych dawno temu planetoid. Skoncentrowali się na palladzie pierwiastkowym.
Wcześniejsze badania innych naukowców badały stosunki izotopowe dla innych pierwiastków, takich jak ruten i molibden, które są sąsiadami palladu w układzie okresowym pierwiastków. Te wcześniejsze wyniki pozwoliły zespołowi Schönböchlera przewidzieć, co znajdą, gdy będą szukać izotopów palladu.
Spodziewali się podobnych ilości palladu, ale dostali niespodziankę.
„Meteoryty zawierały znacznie mniejsze anomalie palladu, niż się spodziewano”, mówi Mattias Ek, postdoc na Uniwersytecie w Bristolu, który dokonał pomiarów izotopów podczas swoich badań doktoranckich w ETH.
W swoim artykule zespół przedstawia nowy model wyjaśniający te wyniki. Artykuł nosi tytuł „Pochodzenies-procesowa heterogenność izotopów w protoplanetarnym dysku słonecznym. ” Został opublikowany w czasopiśmie Nature Astronomy 9 grudnia 2019 r. Głównym autorem jest Mattias Ek.
Ich model pokazuje, że chociaż wszystko w naszym Układzie Słonecznym powstało z pyłu gwiezdnego, jeden rodzaj gwiazdy najbardziej przyczynił się do Ziemi: czerwone olbrzymy lub asymptotyczne gwiazdy gałęzi olbrzymów (AGB). Są to gwiazdy o tym samym zakresie masy co nasze Słońce, które rozszerzają się w czerwone olbrzymy, gdy wyczerpią swój wodór. Nasze własne Słońce stanie się jednym z nich za około 4 lub 5 miliardów lat.
W ramach swojego stanu końcowego gwiazdy te syntetyzują elementy w tak zwanym procesie s. Proces s lub powolny proces wychwytywania neutronów tworzy pierwiastki takie jak pallad i jego sąsiedzi na układzie okresowym pierwiastków, ruten i molibden. Co ciekawe, proces s tworzy te pierwiastki z nasionami jąder żelaza, które same powstały w supernowych w poprzednich generacjach gwiazd.
„Pallad jest nieco bardziej lotny niż inne mierzone pierwiastki. W rezultacie mniej tych cząstek skondensowało się w pył wokół tych gwiazd, a zatem w badanych meteorytach jest mniej palladu z pyłu gwiezdnego ”- mówi Ek.
W składzie Ziemi występuje większa ilość materiału pochodzącego od czerwonych gigantów niż na Marsie lub w planetoidach takich jak Westa, znajdujących się dalej w naszym Układzie Słonecznym. Obszar zewnętrzny zawiera więcej materiału z supernowych. Zespół twierdzi, że mogą wyjaśnić, dlaczego tak jest.
„Kiedy powstały planety, temperatury bliżej Słońca były bardzo wysokie”, wyjaśnia Schönbächler. Niektóre ziarna pyłu były bardziej niestabilne niż inne, w tym te z lodową skórką. Ten typ został zniszczony w wewnętrznym Układzie Słonecznym, blisko Słońca. Ale gwiezdny pył z czerwonych gigantów był bardziej stabilny i stawiał opór zniszczeniu, więc jest bardziej skoncentrowany blisko Słońca. Autorzy twierdzą, że pył z eksplozji supernowych ma również tendencję do szybszego parowania, ponieważ jest mniejszy. A więc jest go mniej w wewnętrznym Układzie Słonecznym i na Ziemi.
„To pozwala nam wyjaśnić, dlaczego Ziemia ma największe wzbogacenie gwiezdnego pyłu z czerwonych olbrzymów w porównaniu z innymi ciałami w Układzie Słonecznym”, mówi Schönbächler.
Więcej:
- Informacja prasowa: Gwiezdny pył z czerwonych gigantów
- Artykuł badawczy: pochodzenies-procesowa niejednorodność izotopów w protoplanetarnym dysku słonecznym
- Space Magazine: Nowe badanie rzuca światło na sposób powstawania Ziemi i Marsa
