Мы все слышали это: когда вы пьете стакан воды, эта вода уже прошла через пищеварительные тракты других людей. Может быть, Аттила Гунн или Влад Цепеш; может быть, даже тираннозавр Рекс.
Ну, то же самое относится и к звездам и материи. Вся материя, которую мы видим вокруг нас здесь на Земле, даже наши собственные тела, прошла, по крайней мере, один цикл звездного рождения и смерти, может быть, больше. Но какой тип звезды?
Вот что хотела узнать команда исследователей в ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich).
История нашей Солнечной системы началась около 4,5 миллиардов лет назад, когда разрушилось молекулярное облако. В центре этого разрушенного облака Солнце ожило взрывом слияния, и вокруг него образовался диск из газа и пыли. В конце концов, все планеты в нашей Солнечной системе сформировались из этого протопланетного диска.
В этом диске материала были пылинки, образовавшиеся вокруг некоторых других звезд. По словам Марии Шёнбахлер, профессора Института геохимии и петрологии в ETH Zurich, эти особые зерна были распределены по всему диску неравномерно, «как соль и перец». По мере формирования планет Солнечной системы каждая из них содержала свою собственную смесь газа и пыли и этих особых зерен.
Достижения в области методов измерения позволяют ученым обнаружить материал, из которого образовались планеты, и определить его происхождение. Все сводится к изотопам. Изотоп - это атом данного элемента с тем же числом протонов в его ядре, но с другим числом нейтронов. Например, существуют разные изотопы углерода, такие как C13 и C14. В то время как все углеродные изотопы имеют 6 протонов, С13 имеет 7 нейтронов, а С14 имеет 8 нейтронов.
Смесь различных изотопов на планете - не только углерода, но и других элементов - похожа на отпечаток пальца. И этот отпечаток может многое рассказать ученым о происхождении тела.
«У Stardust действительно экстремальные, уникальные отпечатки пальцев - и потому что он был неравномерно распределен по протопланетному диску, каждая планета и каждый астероид получили свой собственный отпечаток пальца, когда он был сформирован», - сказал Шенбехлер в пресс-релизе.
На протяжении многих лет ученые изучали эти отпечатки пальцев на Земле и в метеоритах. Сравнения между ними показывают, как давно умершие красные гигантские звезды внесли свой вклад в формирование Земли и всего, что на ней. Включая нас.
Ученым удалось сравнить эти изотопные аномалии между Землей и метеоритами по большему количеству элементов. Шёнбёхлер и другие ученые, стоящие за новым исследованием, изучали метеориты, которые были частью ядра астероидов, разрушенных давно. Они сосредоточены на элементе палладия.
Предыдущие исследования других ученых исследовали отношения изотопов для других элементов, таких как рутений и молибден, которые являются соседями палладия в периодической таблице. Эти предыдущие результаты позволили команде Шёнбёхлера предсказать, что они найдут, когда будут искать изотопы палладия.
Они ожидали такого же количества палладия, но получили сюрприз.
«Метеориты содержали гораздо меньшие аномалии палладия, чем ожидалось», - говорит Маттиас Эк, постдок из Университета Бристоля, который проводил измерения изотопов во время своих докторских исследований в ETH.
В своей статье команда представляет новую модель для объяснения этих результатов. Статья называется «Происхождениеsпроцесс изотопной неоднородности в солнечном протопланетном диске ». Он был опубликован в журнале Nature Astronomy 9 декабря 2019 года. Ведущий автор - Маттиас Эк.
Их модель показывает, что, несмотря на то, что все в нашей Солнечной системе было создано из звездной пыли, один тип звезд больше всего способствовал Земле: красные гиганты или асимптотические звезды гигантских ветвей (AGB). Это звезды в том же диапазоне масс, что и наше Солнце, которые расширяются в красных гигантов, когда они истощают свой водород. Наше Солнце станет одним из них примерно через 4 или 5 миллиардов лет.
Как часть своего конечного состояния, эти звезды синтезируют элементы в так называемом s-процессе. S-процесс, или процесс медленного захвата нейтронов, создает такие элементы, как палладий и его соседи по периодической таблице, рутений и молибден. Интересно отметить, что s-процесс создает эти элементы из семян ядер железа, которые сами были созданы в сверхновых в предыдущих поколениях звезд.
«Палладий немного более летучий, чем другие измеренные элементы. В результате меньше этих частиц конденсируется в пыль вокруг этих звезд, и поэтому в изученных нами метеоритах меньше палладия от звездной пыли », - говорит Эк.
В составе Земли больше материала от красных гигантов, чем на Марсе или в таких астероидах, как Веста, в нашей Солнечной системе. Внешняя область содержит больше материала от сверхновых. Команда говорит, что они могут объяснить, почему это так.
«Когда планеты образовались, температуры ближе к Солнцу были очень высокими», - объясняет Шёнбехлер. Некоторые из частиц пыли были более нестабильны, чем другие, в том числе с ледяной коркой. Этот тип был разрушен во внутренней Солнечной системе, недалеко от Солнца. Но звездная пыль от красных гигантов была более устойчивой и сопротивлялась разрушению, поэтому она была более концентрированной вблизи Солнца. Авторы говорят, что пыль от взрывов сверхновых также склонна к более быстрому испарению, поскольку она меньше. Так что его меньше во внутренней Солнечной системе и на Земле.
«Это позволяет нам объяснить, почему Земля обладает наибольшим обогащением звездной пыли от красных гигантских звезд по сравнению с другими телами в Солнечной системе», - говорит Шенбехлер.
Больше:
- Пресс-релиз: Звездная пыль от красных гигантов
- Исследовательская статья: Происхождениеsизотопная неоднородность в солнечном протопланетном диске
- Космический журнал: новое исследование проливает свет на то, как сформировались Земля и Марс
