Všichni jsme to slyšeli: když vypijete sklenici vody, tato voda již prošla spoustou zažívacích traktů jiných lidí. Možná Attila Hun nebo Vlad Impaler; možná i Tyrannosaurus Rex.
Totéž platí pro hvězdy a hmotu. Všechno, co kolem nás na Zemi vidíme, dokonce i naše vlastní těla, prošlo alespoň jedním cyklem hvězdného zrození a smrti, možná i více. Ale jaký typ hvězdy?
To chtěl vědět tým vědců v ETH Curych (Ecole polytechnique federale de Zurich).
Příběh naší sluneční soustavy začal asi před 4,5 miliardami let, když se zhroutil molekulární mrak. Ve středu toho zhrouceného mraku ožilo Slunce výbuchem splynutí a kolem něj se vytvořil disk plynu a prachu. Nakonec se všechny planety naší sluneční soustavy vytvořily z tohoto protoplanetárního disku.
Na tomto disku materiálu byla prachová zrna, která se vytvořila kolem určitých dalších hvězd. Tato speciální zrna byla distribuována nerovnoměrně po celém disku, „jako sůl a pepř,“ podle Maria Schönbächler, profesorka Ústavu geochemie a petrologie v ETH Curych. Jak se planety sluneční soustavy tvořily, každá obsahovala svou vlastní směs plynu a prachu a těchto zvláštních zrn.
Pokroky v technikách měření umožňují vědcům detekovat materiál, ze kterého planety vznikají, a určit jeho původ. Všechno to jde na izotopy. Izotop je atom daného prvku se stejným počtem protonů v jeho jádru, ale s jiným počtem neutronů. Například existují různé izotopy uhlíku, jako C13 a C14. Zatímco všechny uhlíkové izotopy mají 6 protonů, C13 má 7 neutronů, zatímco C14 má 8 neutronů.
Směs různých izotopů na planetě - nejen uhlíku, ale i jiných prvků - je jako otisk prstu. A tento otisk prstu může vědcům říci hodně o původu těla.
"Stardust má opravdu extrémní, jedinečné otisky prstů - a protože byl rozprostřen nerovnoměrně protoplanetárním diskem, každá planeta a každý asteroid dostali svůj vlastní otisk prstu, když byl vytvořen," řekl Schönböchler v tiskové zprávě.
V průběhu let vědci studovali tyto otisky prstů na Zemi a v meteoritech. Porovnání těchto dvou odhaluje, jak dlouho mrtvé červené obří hvězdy přispěly k formování Země a všem na ní. Včetně nás.
Vědci dokázali tyto izotopické anomálie mezi Zemí a meteority porovnat pro stále více prvků. Schönböchler a další vědci za novou studií zkoumali meteority, které byly součástí jádra zničených asteroidů. Zaměřili se na prvek palladium.
Předchozí studie jiných vědců zkoumaly poměry izotopů pro další prvky, jako je ruthenium a molybden, které jsou sousedními palladiem v periodické tabulce. Tyto předchozí výsledky umožnily Schönböchlerovu týmu předpovídat, co najdou, když hledají izotopy palladia.
Očekávali podobná množství palladia, ale dostali překvapení.
"Meteority obsahovaly mnohem menší anomálie palladia, než se očekávalo," říká Mattias Ek, postdokument na University of Bristol, který provedl měření izotopů během svého doktorského výzkumu na ETH.
Ve své práci tým představuje nový model pro vysvětlení těchto výsledků. Příspěvek je nazván „Původs- zpracovat heterogenitu izotopů ve slunečním protoplanetárním disku. “ Byl publikován v časopise Nature Astronomy 9. prosince 2019. Hlavní autor je Mattias Ek.
Jejich model ukazuje, že i když všechno v naší Sluneční soustavě bylo vytvořeno z hvězdné hvězdy, k Zemi nejvíce přispěl jeden typ hvězdy: červí obři nebo hvězdy asymptotické obří větve (AGB). Jsou to hvězdy ve stejném hmotnostním rozsahu jako naše Slunce, které se při vyčerpání vodíku rozpínají na červené obry. Naše vlastní Slunce se stane jedním z nich za asi 4 nebo 5 miliard let.
V rámci svého konečného stavu tyto hvězdy syntetizují prvky v tzv. S-procesu. Proces s-proces nebo proces pomalého zachycování neutronů vytváří prvky jako palladium a jeho sousedy na periodické tabulce, ruthenium a molybden. Zajímavou poznámkou je, že s-proces vytváří tyto prvky se semeny železných jader, která sama byla vytvořena v supernovách v předchozích generacích hvězd.
"Palladium je mírně těkavější než ostatní měřené prvky." Výsledkem je, že méně z nich se kondenzovalo v prach kolem těchto hvězd, a proto v meteoritech, které jsme studovali, je méně palladia ze stardustu, “říká Ek.
V zemském makeupu je větší množství materiálu od červených gigantů než na Marsu nebo v asteroidech, jako je Vesta, dále v naší sluneční soustavě. Vnější oblast obsahuje více materiálu od supernov. Tým říká, že umí vysvětlit, proč tomu tak je.
"Když se planety tvořily, teploty blíže ke Slunci byly velmi vysoké," vysvětluje Schönbächler. Některá prachová zrna byla nestabilnější než jiná, včetně zrna s ledovými krustami. Tento typ byl zničen ve vnitřní Sluneční soustavě blízko Slunce. Stardust z červených gigantů však byla stabilnější a odolávala destrukci, takže je koncentrovanější blízko Slunce. Autoři tvrdí, že prach z výbuchů supernovy je také náchylný k rychleji se vypařovat od jeho menších. Ve vnitřní sluneční soustavě a na Zemi je toho méně.
"To nám umožňuje vysvětlit, proč Země má největší obohacení stardust z červených obřích hvězd ve srovnání s jinými těly ve sluneční soustavě," říká Schönbächler.
Více:
- Tisková zpráva: Stardust od červených obrů
- Výzkumná kniha: Původs- heterogenita izotopového procesu ve slunečním protoplanetárním disku
- Space Magazine: Nová studie osvětluje, jak se formovala Země a Mars
