Všetci sme to počuli: keď vypijete pohár vody, táto voda už prešla tráviacim traktom iných ľudí. Možno Attila Hun alebo Vlad Impaler; možno aj Tyrannosaurus Rex.
To isté platí pre hviezdy a hmotu. Všetky veci, ktoré tu vidíme okolo nás na Zemi, dokonca aj naše vlastné telá, prešli aspoň jedným cyklom hviezdneho narodenia a smrti, možno viac. Ale aký typ hviezdy?
To chcel vedieť tím vedcov z ETH v Zürichu (Ecole polytechnique federale de Zurich).
Príbeh našej slnečnej sústavy sa začal asi pred 4,5 miliardami rokov, keď sa zrútil molekulárny mrak. V strede toho zrúteného oblaku ožilo Slnko v výbuchu fúzie a okolo neho sa vytvoril disk plynu a prachu. Nakoniec sa všetky planéty v našej slnečnej sústave vytvorili z tohto protoplanetárneho disku.
Na tomto disku materiálu boli prachové zrná, ktoré sa vytvorili okolo určitých ďalších hviezd. Tieto špeciálne zrná boli distribuované nerovnomerne po celom disku, „ako soľ a korenie“, uviedla Maria Schönbächler, profesorka Ústavu geochémie a petroológie ETH v Zürichu. Keď sa planéty slnečnej sústavy tvorili, každá obsahovala svoju vlastnú zmes plynu a prachu a tých zvláštnych zŕn.
Pokrok v metódach merania umožňuje vedcom zistiť materiál, z ktorého sú planéty vytvorené, a určiť jeho pôvod. Všetko ide na izotopy. Izotop je atóm daného prvku s rovnakým počtom protónov v jeho jadre, ale s odlišným počtom neutrónov. Napríklad existujú rôzne izotopy uhlíka, napríklad C13 a C14. Zatiaľ čo všetky uhlíkové izotopy majú 6 protónov, C13 má 7 neutrónov, zatiaľ čo C14 má 8 neutrónov.
Zmes rôznych izotopov na planéte - nielen uhlíka, ale aj iných prvkov - je ako odtlačok prsta. A tento odtlačok prsta môže vedcom povedať veľa o pôvode tela.
"Stardust má skutočne extrémne, jedinečné odtlačky prstov - a pretože sa šírilo nerovnomerne cez protoplanetárny disk, každá planéta a každý asteroid dostali pri vytvorení svoj vlastný odtlačok prsta," uviedol Schönböchler v tlačovej správe.
V priebehu rokov vedci študovali tieto odtlačky prstov na Zemi av meteoritoch. Porovnanie týchto dvoch odhalení ukazuje, ako dlho mŕtve červené obrie hviezdy prispeli k formovaniu Zeme a všetkému na nej. Vrátane nás.
Vedci dokázali porovnať tieto izotopové anomálie medzi Zemou a meteoritmi pre stále viac prvkov. Schönböchler a ďalší vedci v pozadí novej štúdie skúmali meteority, ktoré boli súčasťou jadra zničených asteroidov. Zamerali sa na prvok paládium.
Predchádzajúce štúdie iných vedcov skúmali pomery izotopov pre ďalšie prvky, ako je ruténium a molybdén, ktoré sú susedmi paládia v periodickej tabuľke. Tieto predchádzajúce výsledky umožnili Schönböchlerovmu tímu predpovedať, čo by našli, keď hľadali izotopy paládia.
Očakávali podobné množstvo paládia, ale dostali prekvapenie.
„Meteority obsahovali omnoho menšie anomálie paládia, ako sa očakávalo,“ hovorí Mattias Ek, postdoktorand na University of Bristol, ktorý počas doktorandského výskumu na ETH uskutočnil merania izotopov.
Tím vo svojom príspevku predstavuje nový model na vysvetlenie týchto výsledkov. Príspevok má názov „Pôvods- spracovať heterogénnosť izotopov v slnečnom protoplanetárnom disku. “ Bol publikovaný v časopise Nature Astronomy 9. decembra 2019. Hlavným autorom je Mattias Ek.
Ich model ukazuje, že hoci všetko v našej slnečnej sústave bolo vytvorené z hviezdnej hviezdy, na Zem najviac prispel jeden typ hviezdy: červené obry alebo hviezdy asymptotických gigantických vetiev (AGB). Toto sú hviezdy v rovnakom hmotnostnom rozsahu ako naše Slnko, ktoré sa po vyčerpaní vodíka zväčšia na červené giganty. Naše vlastné Slnko sa stane jedným z nich za asi 4 alebo 5 miliárd rokov.
V rámci svojho konečného stavu tieto hviezdy syntetizujú prvky v tzv. S-procese. Proces s-proces alebo proces pomalého zachytávania neutrónov vytvára prvky ako paládium a jeho susedia v periodickej tabuľke, ruténium a molybdén. Zaujímavé je, že s-proces vytvára tieto prvky so semenami železných jadier, ktoré samy boli vytvorené supernovy v predchádzajúcich generáciách hviezd.
„Paládium je o niečo prchavejšie ako ostatné merané prvky. Výsledkom je, že sa menej z nich kondenzovalo na prach okolo týchto hviezd, a preto sme v meteoritoch, ktoré sme študovali, obsahovalo menej paládia zo stardust, “hovorí Ek.
V planéte Zeme je väčšie množstvo materiálu od červených gigantov ako na Marse alebo v asteroidoch, ako je Vesta, ďalej v našej slnečnej sústave. Vonkajšia oblasť obsahuje viac materiálu zo supernov. Tím hovorí, že dokážu vysvetliť, prečo to tak je.
"Keď sa planéty tvorili, teploty bližšie k Slnku boli veľmi vysoké," vysvetľuje Schönbächler. Niektoré prachové zrná boli viac nestabilné ako iné, vrátane zrnitých kôr. Tento typ bol zničený vo vnútornej slnečnej sústave blízko Slnka. Stardust z červených gigantov však bol stabilnejší a odolával ničeniu, takže je koncentrovanejší blízko Slnka. Autori tvrdia, že prach z výbuchov supernovy je tiež náchylný k rýchlejšiemu vyparovaniu od jeho menších. Vo vnútornej slnečnej sústave a na Zemi je toho menej.
„To nám umožňuje vysvetliť, prečo má Zem najväčšie obohatenie hviezdy od červených obrovských hviezd v porovnaní s inými telesami v slnečnej sústave,“ hovorí Schönbächler.
Viac:
- Tlačová správa: Stardust od červených gigantov
- Výskumná práca: Pôvods- heterogenita izotopov v solárnom protoplanetárnom disku
- Space Magazine: Nová štúdia vrhá svetlo na to, ako sa formovala Zem a Mars
