Ми всі чули це: коли ви випиваєте склянку води, ця вода вже пройшла через купу травних трактів інших людей. Може бути, Аттіла Хун або Влад Кривдник; можливо, навіть тиранозавра Рекса.
Ну те ж саме стосується зірок і матерії. Вся матерія, яку ми бачимо навколо нас, на Землі, навіть наші власні тіла, пройшла принаймні один цикл зоряного народження та смерті, а може й більше. Але який тип зірки?
Про це хотіла знати команда дослідників ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich).
Історія нашої Сонячної системи почалася приблизно 4,5 мільярда років тому, коли рухнула молекулярна хмара. У центрі цієї згорнутої хмари Сонце ожило у спалах плавлення, а навколо нього утворився диск газу та пилу. Врешті-решт, всі планети нашої Сонячної системи утворилися з цього протопланетного диска.
Всередині цього диска матеріалу були пилові зерна, що утворилися навколо деяких інших зірок. За словами Марії Шенбачлер, професора Інституту геохімії та петрології в Цюріху, Марія Шенбачлер, спеціальні зерна, були розподілені нерівномірно по диску. У міру формування планет Сонячної системи кожна з них містила власну суміш газу та пилу та тих особливих зерен.
Успіхи вимірювальної техніки дозволяють вченим виявити матеріал, з якого утворюються планети, та визначити його походження. Все зводиться до ізотопів. Ізотоп - це атом заданого елемента з однаковою кількістю протонів у своєму ядрі, але різною кількістю нейтронів. Наприклад, існують різні ізотопи вуглецю, як C13 і C14. Хоча всі ізотопи вуглецю мають 6 протонів, C13 має 7 нейтронів, а C14 - 8 нейтронів.
Суміш різних ізотопів планети - не лише вуглецю, але й інших елементів - схожа на відбиток пальців. І цей відбиток пальців може багато розповісти вченим про походження тіла.
"У Stardust дійсно надзвичайні, унікальні відбитки пальців - і тому, що він був розподілений нерівномірно через протопланетний диск, кожна планета і кожен астероїд отримали свій відбиток пальців, коли він був сформований", - заявив Шенбьохлер у прес-релізі.
Протягом багатьох років вчені вивчали ці відбитки пальців на Землі та в метеоритах. Порівняння між цими двома виявляють, як давно померлі червоні зірки-гіганти внесли важливу роль у формування Землі та всього на ній. У тому числі і нас.
Вченим вдалося порівняти ці ізотопні аномалії між Землею та метеоритами для більшої кількості елементів. Шенбёхлер та інші вчені за новим дослідженням досліджували метеорити, які були частиною ядра астероїдів, зруйнованих давно. Вони зосереджені на елементі паладій.
Попередні дослідження інших вчених досліджували співвідношення ізотопів для інших елементів, таких як рутеній та молібден, які є сусідами паладію в періодичній таблиці. Ці попередні результати дозволили команді Шенбёхлера передбачити, що вони знайдуть, шукаючи ізотопи паладію.
Вони очікували подібної кількості паладію, але отримали сюрприз.
"Метеорити містили набагато менші аномалії паладію, ніж очікувалося", - каже Маттіас Ек, постдокт в Брістольському університеті, який проводив вимірювання ізотопів під час докторських досліджень в ETH.
У своїй роботі команда представляє нову модель для пояснення цих результатів. Стаття має назву «Походження Росіїс- неоднорідність процесової ізотопів у сонячному протопланетному диску. " Він був опублікований у журналі Nature Astronomy 9 грудня 2019 року. Головним автором є Маттіас Ек.
Їх модель показує, що, хоча все в нашій Сонячній системі було створено із зоряного пилу, на Землю найбільше сприяв один тип зірки: червоні гіганти або зірки асимптотичної гігантської гілки (AGB). Це зірки в тому ж масовому діапазоні, що і наше Сонце, які перетворюються на червоні гіганти, коли вони виснажують водень. Наше власне Сонце стане одним із таких приблизно через 4 або 5 мільярдів років.
Як частина свого кінцевого стану, ці зірки синтезують елементи у тому, що називається s-процесом. S-процес, або повільний процес захоплення нейтронів, створює такі елементи, як паладій та його сусіди по періодичній таблиці, рутеній і молібден. На цікавій ноті, s-процес створює ці елементи з насінням залізних ядер, які самі були створені в наднових в попередні покоління зірок.
"Паладій є трохи більш летючим, ніж інші вимірювані елементи. Як результат, менше цих речовин конденсується в пилу навколо цих зірок, і тому в метеоритах, які ми вивчали, менше паладію зі зоряного пилу », - говорить Ек.
У макіяжі Землі більша кількість матеріалів від червоних гігантів, ніж у Марса, або в астероїдів, як Веста, далі у нашій Сонячній системі. Зовнішня область містить більше матеріалу з наднових. Команда каже, що вони можуть пояснити, чому це так.
"Коли планети утворилися, температура ближче до Сонця була дуже високою", - пояснює Шенбачлер. Деякі з пилових зерен були більш нестійкими, ніж інші, в тому числі з крижаними кірками. Цей тип був знищений у внутрішній Сонячній системі, близько до Сонця. Але зірка червоних гігантів була більш стійкою і чинила опір руйнуванню, тож вона більш концентрована поблизу Сонця. Автори стверджують, що пил від вибухів наднової схильності також швидше випаровується, оскільки їх менше. Так що її менше у внутрішній Сонячній системі та на Землі.
"Це дозволяє нам пояснити, чому на Землі найбільше збагачення зоряного пилу червоними гігантськими зірками порівняно з іншими тілами Сонячної системи", - говорить Шенбахлер.
Більше:
- Прес-реліз: Stardust від червоних гігантів
- Дослідницький документ: Походженняс-процесова гетерогенність ізотопів у сонячному протопланетному диску
- Космічний журнал: Нові навчальні навіси про те, як формуються Земля та Марс
