Svi smo čuli ovo: kad popijete čašu vode, ta voda je već prošla kroz gomilu tuđih probavnih trakta. Možda Atile Hunov ili Vlada Nabijača; možda čak i Tyrannosaurus Rexa.
Pa, ista stvar vrijedi i za zvijezde i materiju. Sva materija koju vidimo oko sebe ovdje na Zemlji, čak i naša vlastita tijela, prošla je kroz barem jedan ciklus zvjezdanog rođenja i smrti, možda i više. Ali koja vrsta zvijezde?
To je ono što tim istraživača ETH Zürich (Ecole polytechnique federale de Zurich) želio je znati.
Priča o našem Sunčevom sustavu započela je prije otprilike 4,5 milijardi godina kada se srušio molekularni oblak. U središtu tog srušenog oblaka Sunce je oživjelo u naletu fuzije, a oko njega se stvorio disk plina i prašine. Na kraju su svi planeti u našem Sunčevom sustavu nastali iz tog protoplanetarnog diska.
Unutar tog diska od materijala nalazila su se zrnca prašine koja su se formirala oko nekih drugih zvijezda. Ova posebna zrna bila su neravnomjerno raspoređena po cijelom disku, 'poput soli i papra', kaže Maria Schönbächler, profesorica na Institutu za geokemiju i petrologiju na ETH Zürichu. Kako su se planeti Sunčevog sustava formirali, svaki je sadržavao vlastitu mješavinu plina i prašine i tih posebnih zrna.
Ilustracija protoplanetarnog diska. Planeti se spajaju iz preostalog molekularnog oblaka iz kojeg je nastala zvijezda. Unutar ovog akrecijskog diska leže temeljni elementi potrebni za formiranje planeta i potencijalni život. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC) – veljača, 2005
Napredak u mjernim tehnikama omogućuje znanstvenicima da otkriju materijal od kojeg su planeti nastali i da utvrde njegovo podrijetlo. Sve se svodi na izotope. An izotop je atom danog elementa s istim brojem protona u svojoj jezgri, ali različitim brojem neutrona. Na primjer, postoje različiti izotopi ugljika, poput C13 i C14. Dok svi izotopi ugljika imaju 6 protona, C13 ima 7 neutrona dok C14 ima 8 neutrona.
Mješavina različitih izotopa na planetu - ne samo ugljika nego i drugih elemenata - je poput otiska prsta. A taj otisak prsta znanstvenicima može puno reći o podrijetlu tijela.
'Zvjezdana prašina ima zaista ekstremne, jedinstvene otiske prstiju - a budući da je bila neravnomjerno raspoređena kroz protoplanetarni disk, svaki planet i svaki asteroid dobili su vlastiti otisak prsta kada su nastali', rekao je Schönböchler u priopćenje za javnost .
Tijekom godina, znanstvenici su proučavali ove otiske prstiju na Zemlji i u meteoritima. Usporedbe između njih dvije otkrivaju kako su davno mrtve zvijezde crvenog diva doprinijele materiji nastanku Zemlje i svega na njoj. Uključujući nas.
Riječ je o dijelovima meteorita koji su došli s asteroida Vesta, ali su pronađeni na Zemlji. Znanstvenici znaju da je Vesta roditeljsko tijelo mnogih meteorita, zahvaljujući NASA-inoj misiji Dawn. Zasluge: NASA/Sveučilište Tennesseeja.
Znanstvenici su uspjeli usporediti ove izotopske anomalije između Zemlje i meteorita za sve više elemenata. Schönböchler i drugi znanstvenici koji stoje iza nove studije ispitivali su meteorite koji su bili dio jezgre davno uništenih asteroida. Usredotočili su se na element paladij.
Prethodne studije drugih znanstvenika ispitivale su omjere izotopa za druge elemente, poput rutenija i molibdena, koji su susjedi paladija u periodnom sustavu. Ti prethodni rezultati omogućili su Schönböchlerovom timu da predvidi što će pronaći kada traže izotope paladija.
Očekivali su slične količine paladija, ali su dobili iznenađenje.
Paladij (atomski # 46) i njegovi susjedi molibden (Mo) i rutenij (44). Zasluga slike: Offnfopt – Vlastiti rad, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=62296883
'Meteoriti su sadržavali daleko manje anomalije paladija nego što se očekivalo', kaže Mattias Ek, postdoktor na Sveučilištu u Bristolu koji je izvršio mjerenja izotopa tijekom svog doktorskog istraživanja na ETH.
U svom radu tim predstavlja novi model koji objašnjava ove rezultate. Rad nosi naslov “Postanaks- heterogenost procesa izotopa u solarnom protoplanetarnom disku.” Objavljena je u časopisu Nature Astronomy 9. prosinca 2019. Glavni autor je Mattias Ek.
Njihov model pokazuje da iako je sve u našem Sunčevom sustavu stvoreno od zvjezdane prašine, jedna vrsta zvijezda najviše je doprinijela Zemlji: crveni divovi ili asimptotska divovska grana (AGB) zvijezde. To su zvijezde u istom rasponu mase kao naše Sunce koje se šire u crvene divove kada potroše svoj vodik. Naše Sunce će postati jedno od njih za otprilike 4 ili 5 milijardi godina.
Kao dio svog krajnjeg stanja, ove zvijezde sintetiziraju elemente u onome što se naziva s-procesom. The s-proces , ili proces sporog hvatanja neutrona, stvara elemente poput paladija i njegovih susjeda u periodnom sustavu, rutenija i molibdena. Zanimljivo je da s-proces stvara te elemente sa sjemenkama željeznih jezgri, koje su i same stvorene u supernovama u prethodnim generacijama zvijezda.
“Paladij je nešto hlapljiviji od ostalih izmjerenih elemenata. Kao rezultat toga, manje se toga kondenziralo u prašinu oko ovih zvijezda, pa je stoga manje paladija iz zvjezdane prašine u meteoritima koje smo proučavali”, kaže Ek.
Veće je obilje materijala crvenih divova u Zemljinom sastavu nego na Marsu ili u asteroidima poput Veste dalje u našem Sunčevom sustavu. Vanjska regija sadrži više materijala iz supernova. Tim kaže da može objasniti zašto je to tako.
U našem mladom Sunčevom sustavu prašina crvenih divova bolje je odoljela isparavanju ili uništenju od Sunca nego prašina od supernova. Zbog toga, prema autorima studije, Zemlja sadrži više materije iz crvenih divova nego tijela dalje. Zasluge: NASA
'Kada su se planeti formirali, temperature bliže Suncu bile su vrlo visoke', objašnjava Schönbächler. Neka zrna prašine bila su nestabilnija od drugih, uključujući ona s ledenom korom. Taj je tip uništen u unutarnjem Sunčevom sustavu, blizu Sunca. Ali zvjezdana prašina crvenih divova bila je stabilnija i otpornija na uništenje, pa je koncentrirana bliže Suncu. Autori kažu da je prašina od eksplozija supernove također sklona bržem isparavanju budući da je manja. Dakle, manje ga je u unutarnjem Sunčevom sustavu i na Zemlji.
'Ovo nam omogućuje da objasnimo zašto Zemlja ima najveće obogaćenje zvjezdanom prašinom od zvijezda crvenih divova u usporedbi s drugim tijelima u Sunčevom sustavu', kaže Schönbächler.
Više:
- Priopćenje za javnost: Zvjezdana prašina od crvenih divova
- Znanstveni rad: Podrijetlo ods-heterogenost izotopa procesa u solarnom protoplanetarnom disku
- Svemir danas: Nova studija baca svjetlo na to kako su nastali Zemlja i Mars
