Hvad fik anledning til dannelsen af vores lille hjørne af universet - vores sol og planetariske system? I adskillige årtier har forskere troet, at solsystemet dannede sig som et resultat af en chokbølge fra en eksploderende stjerne - en supernova - der udløste sammenbruddet af en tæt, støvet gassky, som derefter trækkede sig sammen til at danne solen og planeterne. Men detaljerede modeller af denne dannelsesproces har kun fungeret under den forenklende antagelse af, at temperaturerne under de voldelige begivenheder forblev konstante. Det er selvfølgelig meget usandsynligt. Men nu har astrofysikere ved Carnegie Institution's Department of Terrestrial Magnetism (DTM) vist for første gang, at en supernova faktisk kunne have udløst solsystemets dannelse under de mere sandsynlige betingelser for hurtig opvarmning og afkøling. Så har disse nye fund løst denne langvarige debat?
”Vi har haft kemiske beviser fra meteoritter, der peger på en supernova, der udløser dannelsen af vores solsystem siden 1970'erne,” bemærkede hovedforfatter, Carnegies Alan Boss. ”Men djævelen har været i detaljerne. Indtil denne undersøgelse har forskere ikke været i stand til at udarbejde et selvkonsequent scenario, hvor sammenbrud udløses på samme tid, som nyoprettede isotoper fra supernovaen indsprøjtes i den kollapsende sky. ”
Kortvarige radioaktive isotoper - versioner af elementer med samme antal protoner, men et andet antal neutroner - der findes i meget gamle meteoritter forfalder på tidsskalaer i millioner af år og bliver til forskellige (såkaldte datter) elementer. At finde datterelementerne i primitive meteoritter indebærer, at de forældre, kortvarige radioisotoper, må være skabt kun en million år siden, før selve meteoritterne blev dannet. "En af disse overordnede isotoper, jern-60, kan kun fremstilles i betydelige mængder i de kraftige atomovne fra massive eller udviklede stjerner," forklarede Boss. ”Jern-60 nedbrydes til nikkel-60, og nikkel-60 er fundet i primitive meteoritter. Så vi har vidst, hvor og hvornår forælderisotopen blev lavet, men ikke hvordan den kom her. ”
Tidligere modeller af Boss og tidligere DTM Fellow Prudence Foster viste, at isotoperne kunne afsættes i en før-solskyer, hvis en chokbølge fra en supernova-eksplosion bremsedes til 6 til 25 miles i sekundet, og bølgen og skyen havde en konstant temperatur på - 440 ° F (10 K). ”Disse modeller fungerede ikke, hvis materialet blev opvarmet af kompression og afkølet af stråling, og dette conundrum har efterladt alvorlig tvivl i samfundet om, hvorvidt et supernova-chok startede disse begivenheder for over fire milliarder år siden eller ikke,” bemærkede Harri Vanhala, der fandt det negative resultat i sin ph.d. speciale i Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i 1997.
Ved hjælp af en adaptiv mesh-forfining hydrodynamik-kode, FLASH2.5, designet til at håndtere chokfronter, samt en forbedret afkølingslov, overvejede Carnegie-forskerne flere forskellige situationer. I alle modellerne ramte chockfronten en før-solskyer med massen af vores Sol, bestående af støv, vand, kulilte og molekylært brint, idet de nåede temperaturer op til 1000 K (1340 ° F). I fravær af afkøling kunne skyen ikke kollapse. Imidlertid fandt de med den nye afkølingslov, at præ-solskyen efter 100.000 år var 1.000 gange tættere end før, og at varmen fra chokfronten hurtigt mistede, hvilket resulterede i kun et tyndt lag med temperaturer tæt på 1.340 ° F (1000 K). Efter 160.000 år var skycentret kollapset og blev en million gange tættere og dannede protosunet. Forskerne fandt, at isotoper fra chokfronten blev blandet ind i protosunet på en måde, der var i overensstemmelse med deres oprindelse i en supernova.
”Dette er første gang, det er vist, at en detaljeret model for en supernova, der udløser dannelsen af vores solsystem, fungerer”, sagde Boss. ”Vi startede med en lille smell 9 milliarder år efter Big Bang.”
Kilde: Carnegie Institution for Science
