Olemme kaikki kuulleet tämän: kun juot lasillista vettä, se vesi on jo käynyt läpi joukon muiden ihmisten ruuansulatuksia. Ehkä Hunan Attila tai Vlad Impaler; ehkä jopa Tyrannosaurus Rexin.
No, sama asia koskee tähtiä ja ainetta. Kaikki asia, jonka näemme ympärillämme täällä maan päällä, jopa omat ruumiimme, ovat käyneet läpi ainakin yhden tähtien syntymä- ja kuolemasyklin, ehkä enemmän. Mutta minkä tyyppinen tähti?
Tätä tutkijaryhmä ETH Zürichistä (Ecole polytechnique federale de Zürich) halusi tietää.
Tarina aurinkokuntamme alkoi noin 4,5 miljardia vuotta sitten, kun molekyylipilvi romahti. Sen romahtuneen pilven keskellä aurinko heräsi eloon sulautuessa ja sen ympärille muodostui levy kaasua ja pölyä. Lopulta kaikki aurinkokunnan planeettamme muodostuivat tuosta protoplanetaarisesta levystä.
Tuossa materiaalilevyssä oli pölyjyviä, jotka olivat muodostuneet tiettyjen muiden tähtien ympärille. Nämä erityisjyvät jakautuivat epätasaisesti koko levylle, ”kuten suola ja pippuri”, ETH Zürichin geokemian ja petrologian instituutin professori Maria Schönbächlerin mukaan. Kun aurinkokunnan planeetat muodostuivat, jokainen sisälsi oman kaasun ja pölyn seoksen sekä nämä erityiset jyvät.
Mittaustekniikan edistyminen antaa tutkijoille mahdollisuuden havaita materiaalit, joista planeetat ovat muodostuneet, ja määrittää sen alkuperä. Kaikki laskeutuu isotoopeihin. Isotooppi on tietyn elementin atomi, jonka ytimessä on sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja. Esimerkiksi hiilen isotooppeja on erilaisia, kuten C13 ja C14. Vaikka kaikilla hiili-isotoopeilla on 6 protonia, C13: lla on 7 neutronia, kun taas C14: llä on 8 neutronia.
Maapallon erilaisten isotooppien sekoitus - ei vain hiilen, mutta myös muiden elementtien - on kuin sormenjälki. Ja sormenjälki voi kertoa tutkijoille paljon ruumiin alkuperästä.
"Stardustilla on todella äärimmäisiä, ainutlaatuisia sormenjälkiä - ja koska se levisi epätasaisesti protoplanetaarisen levyn läpi, jokaisella planeetalla ja jokaisella asteroidilla oli oma sormenjälkensä muodostettaessa", Schönböchler sanoi lehdistötiedotteessa.
Vuosien mittaan tutkijat ovat tutkineet näitä sormenjälkiä maapallolla ja meteoriiteissa. Näiden kahden vertailut paljastavat kuinka pitkään kuolleet punaiset jättilähteet ovat vaikuttaneet maapallon ja kaiken sen muodostumiseen. Sisältää meidät.
Tutkijat ovat pystyneet vertaamaan näitä isotooppisia poikkeavuuksia maan ja meteoriittien välillä yhä useamman elementin suhteen. Schönböchler ja muut uuden tutkimuksen taustalla olevat tutkijat ovat tutkineet meteoriitteja, jotka olivat osa kauan sitten tuhottujen asteroidien ydintä. He ovat keskittyneet palladium-elementtiin.
Muiden tutkijoiden aiemmissa tutkimuksissa on tutkittu isotooppisuhteita muille elementeille, kuten ruteniumille ja molybdeenille, jotka ovat palladiumin naapureita jaksollisessa taulukossa. Nämä aikaisemmat tulokset antoivat Schönböchlerin joukkueelle ennakoida mitä he löytäisivät etsiessään palladium-isotooppeja.
He odottivat samanlaisia määriä palladiumia, mutta he saivat yllätyksen.
"Meteoriitit sisälsivät paljon odotettua pienempiä palladium-poikkeavuuksia", sanoo Mattias Ek, Bristolin yliopiston postdoktori, joka teki isotooppimittaukset ETH: n väitöstutkimuksensa aikana.
Ryhmä esittelee paperissaan uuden mallin näiden tulosten selittämiseksi. Paperin nimi on ”s- prosessoi isotooppien heterogeenisyyttä aurinko protoplanetaarisella levyllä. " Se julkaistiin Nature Astronomy -lehdessä 9. joulukuuta 2019. Pääkirjailija on Mattias Ek.
Heidän malli osoittaa, että vaikka kaikki aurinkokuntamme luotiin stardustista, yhden tyyppiset tähdet vaikuttivat eniten Maahan: punaiset jättiläiset tai asymptoottiset jättiläishaarojen (AGB) tähdet. Nämä ovat tähtiä, jotka ovat samalla massa-alueella kuin aurinkomme, ja jotka laajenevat punaisiksi jättiläiksi, kun ne kuluttavat vetyä. Omasta aurinkoomme tulee yksi näistä noin 4 tai 5 miljardin vuoden kuluttua.
Nämä tähdet syntetisoivat osana lopputilaaan elementtejä niin sanotussa s-prosessissa. S-prosessi, tai hidas neutronien sieppausprosessi, luo elementtejä, kuten palladium, ja sen naapureita jaksollisessa taulukossa, ruthenium ja molybdeeni. Mielenkiintoisella huomautuksella s-prosessi luo nämä elementit raudan ytimien siemenillä, jotka itsensä luotiin supernovoissa aikaisempien tähti sukupolvien kanssa.
”Palladium on hiukan haihtuvampi kuin muut mitatut elementit. Seurauksena on, että vähemmän siitä kondensoituu pölyksi näiden tähtien ympärillä, ja siksi tutkimissaan meteoriiteissa on vähemmän stardust-palladiumia ”, Ek sanoo.
Punaisten jättiläisten materiaaleja on enemmän maan pinnassa kuin Marsissa tai asteroideissa, kuten Vesta, kauempana aurinkokuntamme. Ulompi alue sisältää enemmän materiaalia supernovista. Ryhmä sanoo voivansa selittää miksi näin on.
"Kun planeettoja muodostui, lämpötilat lähempänä aurinkoa olivat erittäin korkeat", Schönbächler selittää. Jotkut pölyjyvistä olivat epävakaampia kuin toiset, mukaan lukien sellaiset, joissa oli jäinen kuori. Tämä tyyppi tuhoutui sisäisessä aurinkokunnassa, lähellä aurinkoa. Mutta punaisten jättiläisten stardust oli vakaampaa ja vastusti tuhoamista, joten se on keskittynyt enemmän lähellä aurinkoa. Kirjoittajat sanovat, että myös supernoova-räjähdyksistä aiheutuva pöly haihtuu nopeammin, koska se on pienempi. Joten sitä on vähemmän sisäisessä aurinkokunnassa ja maan päällä.
"Tämä antaa meille mahdollisuuden selittää, miksi maapallolla on punaisten jättilähteiden stardustrikastuksia eniten kuin aurinkojärjestelmän muissa kappaleissa", Schönbächler sanoo.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Stardust punaisista jätteistä
- Tutkimusaineisto:s-prosessien isotooppien heterogeenisyys aurinko protoplanetaarisella levyllä
- Space Magazine: Uusi tutkimus heijastaa maan ja Marsin muodostumista
