Iz take smo snovi, kot zvezde

Nazaj

Morda ste se kdaj vprašali o izvoru vsega, kar vas obdaja – kisika, ki ga dihate, ogljika v organskih spojinah, redkih kovin v računalnikih, zlata in srebra v nakitu ter železa iz katerega je narejen vaš jekleni konjiček. Izkaže se, da se odgovor nahaja na nebu. Različni kemični elementi so nastali takoj ob Velikem poku, ali skozi milijarde let v notranjosti zvezd, ob eksplozijah supernov, za nekatere izmed njih pa so odgovorni celo kozmični delci. Da bi razumeli, kako so ti elementi prišli do nas, je treba razumeti kako je nastalo Sonce.

Zgodba je podobna kot za večino zvezd: te se rojevajo v ogromnih medzvezdnih oblakih, ki jim pravimo meglice. V nekem trenutku se te, zaradi lastnega gravitacijskega privlaka, začnejo lokalno sesedati. Pri tem gostota ter temperatura plina močno narasteta. Ko postane v sredici te zgoščine dovolj vroče, začnejo potekati jedrske reakcije in zvezda je rojena. Kemična sestava teh novonastalih zvezd in manjših teles, kot so planeti, asteroidi in kometi, ki krožijo okoli njih, je v veliki meri odvisna od okolja, v katerem se rodijo.

Pri tem se meglice med sabo močno razlikujejo. Bokove globule na primer, so temne, njihove mase pa relativno majhne: količina snovi v njih je enaka dvema do petdesetim Sončevim masam. Primer Bokove globule je meglica Barnard 68, ki je od nas oddaljena probližno 400 svetlobnih let. Znanstveniki predvidevajo, da bo v prihodnih 200.000 letih v njej nastala zvezda, le malo večja od našega Sonca. Na drugem koncu spektra imamo Orionov kompleks molekularnih oblakov, ki ga sestavljajo številne refleksijske meglice in je od nas oddaljen več kot 1000 svetlobnih let. Skupna masa vseh oblakov je enaka 100.000 Sončevim masam, v njih pa se trenutno rojeva nekaj tisoč zvezd. Najbolj prepoznavna med oblaki je Orionova meglica, ki jo na nebu lahko opazimo celo s prostim očesom in predstavlja le majhen del tega kompleksa.

Bokova globula Barbard 68. Vir: Wikipedija/ESO.

V velikih meglicah se lahko rojevajo velike zvezde, ki so sicer maloštevilne, vendar imajo velik vpliv na šele nastajajoče sestrice. Z njih namreč oddteka plin podoben Sončevemu vetru, le da so ti zvezdni vetrovi mnogo intenzivnejši in v okolico ponesejo težke elemente, kot sta aluminij ter magnezij. Zvezde z veliko maso hitro porabijo svojo zalogo vodika ter lahko v roku le nekaj milijonov let eksplodirajo kot supernove. Pri tem po okolišnji meglici poleg že omenjenih zasejejo še težje elemente, kot sta železo ter kobalt.

Eno od glavnih nerazrešenih vprašanj je, kakšno je bilo okolje, v katerem se je rodilo Sonce. Naša zvezda je trenutno stara 4,6 milijarde let, kar pomeni, da je svoj rojstni kraj že davno zapustila. Toda znanstveniki lahko sklepajo na lastnosti okolja v katerem je nastalo Sonce če analizirajo kemično sestavo najstarejših trdnin v Osončju. Te se skrivajo v starodavnih meteoritih, poznanih kot hondriti. Ti spadajo med kamnite meteorite in predstavljajo 80 % vseh, ki padejo na Zemljo.

Stare trdnine v njih so nastale ko se je Sonce še komaj rojevalo. Takrat je nastajajoče Sonce obdajal gost oblak plina, ki mu astronomi pravijo Sončeva meglica. Ta je bila v ekvatorialni ravnini zgoščena v protoplanetrani disk katerega temperatura je dosegala 1300 K. Ko se je le-ta dovolj ohladil, je v disku prišlo do kondenzacije snovi in nastale so prve trdnine. Zaradi različnih pojavov v disku so se trdnine še večkrat kratkotrajno stalile, kar je privedlo do nastanka okroglih zrn, ki jim pravimo hondrule. Nekatera zrna so preživela vse do danes. Leta 2012 so znanstveniki določili starost hondrul v meteoritu Allende na 4567,32 milijonov let, kar ustreza starosti Osončja.

Orionova meglica, znana tudi kot M42. Vir: Wikipedia/HST.

Da bi ugotovili v kakšnem okolju se je rodilo Sonce, znanstvenike zanima koncentracija določemih elementov v hondrulah, ki nastanejo ob radioaktivnem razpadu dveh izotopov: aluminija 26 (26Al) ter železa 60 (60Fe). Razpolovna doba prvega je približno 700.000 let, nastaja pa v jedrih masivnih zvezd. Tik pred smrtjo, ko se te zvezde močno napihnejo, močni vetrovi ponesejo 26Al v njihovo okolico. Razpolovna doba 60Fe je 2,6 milijona let. Ta izotop nastane ko masivne zvezde eksplodirajo kot supernove. Obe razpolovni dobi sta seveda veliko krajši od starosti Sonca, zato teh izotopov v hondrulah praktično ni, prisotni so le produkti njunega radioaktivnega razpada. Znanstveniki merijo koncentracije teh produktov ter sklepajo na prisotnost omenjenih izotopov v trenutku, ko je nastalo Sonce.

Nedavno so znanstveniki pod vodstvom Richarda J. Parkerja z Univerze v Sheffieldu s pomočjo računalniških modelov izračunali koncentracijo obeh izotopov v simulirani Sončevi meglici, pri čemer so predpostavili, da je izvorni medzvezdni oblak vseboval 1500 zvezd. V svojih simulacijah so Parker in sodelavci spreminjali lastnosti oblaka, pri čemer sta bili najpomembnejši gostota zvezd ter številčnost tistih z največjo maso. Njihove ugotovitve so pokazale, da je bilo nastajajoče Sonce podvrženo močnim zvezdnim vetrovom ter eksplozijam supernov, kar pomeni, da je oblak, v katerem je nastalo, bil bolj podoben Orionovemu kompleksu kot meglici Barnard 68.

Zanimivo je, da je neodvisna skupina znanstvenikov pod vodstvom Doris Arzoumanian z National Astronomical Observatory of Japan prišla do ugotovitev, ki se skladajo z ugotovitvami Parkerjeve skupine. Ugotovili so namreč, da je v bližini nastajajočega Sonca eksplodirala vsaj ena supernova in ta bi skorajda uničila nastajajoče Osončje, vendar smo na srečo tej usodi za las ušli. Hkrati pa je taista mogočna eksplozija dodatno obogatila nastajajoče hondrule z radioaktivnim 26Al.

Hondrule v meteoritu Allende. Vir: Wikipedia.

Na koncu povejmo še, kako tesno so ta odkritja povezana z našim lastnim obstojem. Če preučimo naša telesa ugotovimo, da smo v veliki meri sestavljeni iz štirih elementov: kisik prestavlja 65 % mase naših teles, sledijo pa mu ogljik (18,5 %), vodik (10 %) ter dušik (3,2 %). Med manj prisotnimi elementi v naših telesih omenimo še kalcij, fosfor, kalij, žveplo, natrij, klor ter magnezij. Ti elementi z izjemo vodika so večinoma nastali v jedrih masivnih zvezd, ki so se nahajale v okolici nastajajočega Sonca. Narejeni smo torej iz taistih atomov, ki so bili nekoč sestavni del zvezd in so nato prepotovali ogromne razdalje v medzvezdnem prostoru s hitrostmi nekaj tisoč kilometrov na sekundo. S preučevanjem izvora Sonca tako raziskujemo naš lastni izvor. Če parafraziramo Shakespearovega čarovnika Prospera: Iz take smo snovi, kot zvezde.

Nadaljna čtiva za najbolj radovedne

Blog at WordPress.com.

Navzgor ↑