Vi har alle hørt dette: Når du drikker et glas vand, har dette vand allerede været gennem en masse andre menneskers fordøjelseskanaler. Måske Attila the Hun's eller Vlad the Impaler's; måske endda en Tyrannosaurus Rex.
Det samme gælder stjerner og stof. Alt det, vi ser omkring os her på Jorden, også vores egne kroppe, har gennemgået mindst en cyklus af stjernefødsel og død, måske mere. Men hvilken type stjerne?
Det var, hvad et team af forskere ved ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich) ønskede at vide.
Historien om vores solsystem startede for omkring 4,5 milliarder år siden, da en molekylær sky kollapsede. I midten af den kollapsede sky kom Solen til live i en brast af fusion, og der dannedes en skive af gas og støv omkring den. Til sidst dannede alle planeterne i vores solsystem fra den protoplanetære disk.
Inden i denne skive af materiale var støvkorn, der havde dannet sig omkring visse andre stjerner. Disse specielle korn blev distribueret ujævnt over hele disken, "som salt og peber", ifølge Maria Schönbächler, professor ved Institut for Geokemi og Petrologi ved ETH Zurich. Da planeterne i solsystemet dannedes, indeholdt hver enkelt sin egen blanding af gas og støv og af disse specielle korn.
Fremskridt inden for målingsteknikker gør det muligt for forskere at registrere materialet, planeterne er dannet af, og bestemme dets oprindelse. Det hele kommer ned på isotoper. En isotop er et atom af et givet element med det samme antal protoner i sin kerne, men et andet antal neutroner. For eksempel er der forskellige isotoper af kulstof, ligesom C13 og C14. Mens alle carbonisotoper har 6 protoner, har C13 7 neutroner, mens C14 har 8 neutroner.
Blandingen af forskellige isotoper i en planet - ikke kun af kulstof, men også af andre elementer - er som et fingeraftryk. Og det fingeraftryk kan fortælle forskere meget om et legems oprindelse.
”Stardust har virkelig ekstreme, unikke fingeraftryk - og fordi det blev spredt ujævnt gennem den protoplanetære disk, fik hver planet og hver asteroide sit eget fingeraftryk, da det blev dannet,” sagde Schönböchler i en pressemeddelelse.
I årenes løb har forskere undersøgt disse fingeraftryk på Jorden og i meteoritter. Sammenligninger mellem de to afslører, hvor længe døde røde kæmpe stjerner har bidraget med materien til dannelsen af Jorden og alt derpå. Inkluderet os.
Forskere har været i stand til at sammenligne disse isotopiske afvigelser mellem Jorden og meteoritter for flere og flere elementer. Schönböchler og de andre forskere bag en ny undersøgelse har undersøgt meteoritter, der var en del af kernen i asteroider ødelagt for længe siden. De har fokuseret på elementet palladium.
Tidligere undersøgelser fra andre forskere har undersøgt isotopforhold for andre elementer, såsom ruthenium og molybdæn, som er palladiums naboer på det periodiske system. Disse tidligere resultater gjorde det muligt for Schönböchlers team at forudsige, hvad de ville finde, når de kiggede efter palladiumisotoper.
De forventede lignende mængder af palladium, men fik en overraskelse.
”Meteoritterne indeholdt langt mindre palladium-anomalier end forventet,” siger Mattias Ek, postdoc ved University of Bristol, der foretog isotopmålingerne under sin doktorgradsundersøgelse ved ETH.
I deres papir præsenterer teamet en ny model til at forklare disse resultater. Papiret har titlen ”Oprindelsen afs-processer isotop heterogenitet i den soloprotoplanetære disk. ” Det blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Astronomy den 9. december 2019. Hovedforfatter er Mattias Ek.
Deres model viser, at selv om alt i vores solsystem blev skabt af stardust, bidrog en type stjerne mest til Jorden: røde giganter eller asymptotiske gigantgren (AGB) -stjerner. Dette er stjerner i samme masseområde som vores sol, der udvides til røde giganter, når de udtømmer deres brint. Vores egen sol vil blive en af disse om cirka 4 eller 5 milliarder år.
Som en del af deres sluttilstand syntetiserer disse stjerner elementer i det, der kaldes s-processen. S-processen eller langsom neutronindfangningsproces skaber elementer som palladium og dens naboer på det periodiske bord, ruthenium og molybdæn. På en interessant note skaber s-processen disse elementer med frø af jernkerner, som selv blev skabt i supernovaer i tidligere generationer af stjerner.
”Palladium er lidt mere flygtigt end de andre målte elementer. Som et resultat kondenseres mindre af det til støv omkring disse stjerner, og derfor er der mindre palladium fra stardust i de meteoritter, vi studerede, ”siger Ek.
Der er en større overflod af materiale fra røde giganter i Jordens makeup end der er i Mars eller i asteroider som Vesta længere ude i vores solsystem. Det ydre område indeholder mere materiale fra supernovaer. Holdet siger, at de kan forklare, hvorfor det er.
”Da planeterne dannedes, var temperaturerne tættere på solen meget høje,” forklarer Schönbächler. Nogle af støvkornene var mere ustabile end andre, inklusive dem med iskolde skorpe. Den type blev ødelagt i det indre solsystem, tæt på solen. Men stardust fra røde giganter var mere stabil og modstod ødelæggelse, så det er mere koncentreret tæt på Solen. Forfatterne siger, at støv fra supernovaeksplosioner også er tilbøjelige til at fordampe hurtigere, siden det er mindre. Så der er mindre af det i det indre solsystem og på Jorden.
”Dette giver os mulighed for at forklare, hvorfor Jorden har den største berigelse af stjernestørrelse fra røde kæmpe stjerner sammenlignet med andre kroppe i solsystemet,” siger Schönbächler.
Mere:
- Pressemeddelelse: Stardust fra røde giganter
- Forskningsartikel: Oprindelsen afs-process isotop-heterogenitet i den soloplanoplanetære disk
- Space Magazine: Ny undersøgelse kaster lys over, hvordan Jorden og Mars dannede sig
