Co skłoniło do powstania naszego małego zakątka wszechświata - naszego słońca i układu planetarnego? Przez kilka dziesięcioleci naukowcy sądzili, że Układ Słoneczny powstał w wyniku fali uderzeniowej z wybuchającej gwiazdy - supernowej - która spowodowała zapadnięcie się gęstej, zapylonej chmury gazu, która następnie skurczyła się, tworząc Słońce i planety. Ale szczegółowe modele tego procesu formowania działały tylko przy uproszczonym założeniu, że temperatury podczas gwałtownych zdarzeń pozostały stałe. Jest to oczywiście bardzo mało prawdopodobne. Ale teraz astrofizycy z Departamentu Magnetyzmu Lądowego Carnegie Institution (DTM) po raz pierwszy wykazali, że supernowa mogła rzeczywiście doprowadzić do powstania Układu Słonecznego w bardziej prawdopodobnych warunkach szybkiego nagrzewania i chłodzenia. Czy te nowe ustalenia rozwiązały tę długotrwałą debatę?
„Mamy dowody chemiczne z meteorytów wskazujące na supernową, która wyzwala formowanie się Układu Słonecznego od lat 70. XX wieku” - zauważył główny autor Carnegie, Alan Boss. „Ale diabeł tkwi w szczegółach. Do czasu tego badania naukowcy nie byli w stanie wypracować spójnego scenariusza, w którym zapaść jest wyzwalana w tym samym czasie, gdy nowo utworzone izotopy z supernowej są wstrzykiwane do zapadającej się chmury. ”
Krótkotrwałe izotopy radioaktywne - wersje pierwiastków o tej samej liczbie protonów, ale różnej liczbie neutronów - znajdujące się w bardzo starych meteorytach rozpadają się w milionowych skalach czasowych i przekształcają się w różne (tak zwane potomne) pierwiastki. Znalezienie pierwiastków potomnych w prymitywnych meteorytach implikuje, że krótkotrwałe radioizotopy macierzyste musiały powstać zaledwie milion lat przed powstaniem samych meteorytów. „Jeden z tych macierzystych izotopów, żelazo-60, można wytwarzać w znaczących ilościach tylko w potężnych piecach jądrowych masywnych lub ewolucyjnych gwiazd” - wyjaśnił Boss. „Żelazo-60 rozpada się na nikiel-60, a nikiel-60 znaleziono w prymitywnych meteorytach. Więc wiemy, gdzie i kiedy wytworzono izotop macierzysty, ale nie wiemy, jak się tutaj dostał. ”
Poprzednie modele Bossa i byłego członka DTM, Fud Prudence Fostera, pokazały, że izotopy mogłyby zostać zdeponowane w chmurze przedsłonecznej, gdyby fala uderzeniowa z wybuchu supernowej zwolniła do 6 do 25 mil na sekundę, a fala i chmura miały stałą temperaturę 440 K (10 K). „Modele te nie działałyby, gdyby materiał był ogrzewany przez kompresję i chłodzony przez promieniowanie, a ta zagadka pozostawia poważne wątpliwości w społeczności, czy wstrząs supernowej rozpoczął te wydarzenia ponad cztery miliardy lat temu, czy nie”, zauważył Harri Vanhala, który uzyskał wynik negatywny w swoim doktoracie. praca dyplomowa w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w 1997 roku.
Korzystając z adaptacyjnego kodu hydrodynamicznego udoskonalenia siatki, FLASH2.5, zaprojektowanego do obsługi frontów uderzeniowych, a także ulepszonego prawa chłodzenia, badacze z Carnegie rozważyli kilka różnych sytuacji. We wszystkich modelach front uderzeniowy uderzył w chmurę przed Słońcem o masie naszego Słońca, składającą się z pyłu, wody, tlenku węgla i wodoru molekularnego, osiągając temperaturę aż do 1340 ° F (1000 K). W przypadku braku chłodzenia chmura nie mogła się zawalić. Jednak dzięki nowemu prawu chłodzenia odkryli, że po 100 000 lat chmura przedsłoneczna była 1000 razy gęstsza niż wcześniej, a ciepło z frontu uderzeniowego zostało gwałtownie utracone, w wyniku czego powstała tylko cienka warstwa o temperaturach zbliżonych do 1340 ° F (1000 K). Po 160 000 lat centrum chmur upadło i stało się milion razy gęstsze, tworząc protosun. Naukowcy odkryli, że izotopy z frontu uderzeniowego zostały zmieszane z protosunem w sposób zgodny z ich pochodzeniem w supernowej.
„Po raz pierwszy wykazano, że zadziałał szczegółowy model supernowej wyzwalającej powstawanie naszego układu słonecznego” - powiedział Boss. „Zaczęliśmy od Little Bang 9 miliardów lat po Wielkim Wybuchu”.
Źródło: Carnegie Institution for Science
