Vi har alle hørt dette: Når du drikker et glass vann, har det vannet allerede vært gjennom en rekke andre menneskers fordøyelseskanaler. Kanskje Attila the Hun's eller Vlad the Impaler's; kanskje til og med en Tyrannosaurus Rex.
Vel, det samme gjelder stjerner og materie. Alt det vi ser rundt oss her på jorden, til og med våre egne kropper, har gått gjennom minst en syklus med fantastisk fødsel og død, kanskje mer. Men hvilken type stjerne?
Det var det et team av forskere ved ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich) ønsket å vite.
Historien om solsystemet vårt startet for rundt 4,5 milliarder år siden da en molekylær sky kollapset. I midten av den kollapsede skyen kom solen til liv i en fusjon av fusjon, og en plate av gass og støv dannet seg rundt den. Etter hvert dannet alle planetene i solsystemet vårt fra den protoplanetære skiven.
Innenfor materialskiven var støvkorn som hadde dannet seg rundt visse andre stjerner. Disse spesielle kornene ble fordelt ujevnt over hele platen, "som salt og pepper," ifølge Maria Schönbächler, professor ved Institute of Geochemistry and Petrology ved ETH Zurich. Da planetene i solsystemet ble dannet, inneholdt hver og en sin egen blanding av gass og støv, og av de spesielle kornene.
Fremskritt i målingsteknikker gjør det mulig for forskere å oppdage materialet planetene er dannet av, og å bestemme dets opprinnelse. Det hele kommer ned på isotoper. En isotop er et atom av et gitt element med samme antall protoner i kjernen, men et annet antall nøytroner. For eksempel er det forskjellige isotoper av karbon, som C13 og C14. Mens alle karbonisotoper har 6 protoner, har C13 7 nøytroner mens C14 har 8 nøytroner.
Blandingen av forskjellige isotoper i en planet - ikke bare av karbon, men også av andre elementer - er som et fingeravtrykk. Og at fingeravtrykket kan fortelle forskere mye om kroppens opprinnelse.
"Stardust har virkelig ekstreme, unike fingeravtrykk - og fordi den ble spredt ujevnt gjennom den protoplanetære platen, fikk hver planet og hver asteroide sitt eget fingeravtrykk da den ble dannet," sa Schönböchler i en pressemelding.
Gjennom årene har forskere studert disse fingeravtrykkene på jorden og i meteoritter. Sammenligninger mellom de to avslører hvor lenge døde røde kjempestjerner har bidratt med materien til dannelsen av Jorden og alt på den. Inkludert oss.
Forskere har vært i stand til å sammenligne disse isotopiske avvikene mellom Jorden og meteoritter for flere og flere elementer. Schönböchler og de andre forskerne bak en ny studie har undersøkt meteoritter som var en del av kjernen i asteroider som ble ødelagt for lenge siden. De har fokusert på elementet palladium.
Tidligere studier fra andre forskere har undersøkt isotopforhold for andre elementer, som ruthenium og molybden, som er palladiums naboer på det periodiske systemet. Disse tidligere resultatene tillot Schönböchlers team å forutsi hva de ville finne når de lette etter palladiumisotoper.
De forventet lignende mengder palladium, men fikk en overraskelse.
"Meteorittene inneholdt langt mindre palladiumavvik enn forventet," sier Mattias Ek, postdoc ved University of Bristol, som foretok isotopmålingene under sin doktorgradsforskning ved ETH.
I sin artikkel presenterer teamet en ny modell for å forklare disse resultatene. Oppgaven heter "Opprinnelsen tils-prosessere isotop-heterogenitet i den protoplanetære solskiven. " Den ble publisert i tidsskriftet Nature Astronomy 9. desember 2019. Hovedforfatter er Mattias Ek.
Modellen deres viser at selv om alt i solsystemet vårt ble skapt av stardust, bidro en type stjerne mest til Jorden: røde giganter eller asymptotiske gigantgrener (AGB) -stjerner. Dette er stjerner i samme masseområde som vår sol som utvides til røde giganter når de tømmer hydrogenet sitt. Vår egen sol vil bli en av disse om cirka 4 eller 5 milliarder år.
Som en del av endetilstanden syntetiserer disse stjernene elementer i det som kalles s-prosessen. S-prosessen, eller sakte nøytronfangstprosessen, skaper elementer som palladium og dens naboer på det periodiske bordet, ruthenium og molybden. På en interessant note skaper s-prosessen disse elementene med frø av jernkjerner, som selv ble skapt i supernovaer i tidligere generasjoner av stjerner.
“Palladium er litt mer flyktig enn de andre elementene som er målt. Som et resultat kondenserte det mindre til støv rundt disse stjernene, og det er derfor mindre palladium fra stardust i meteorittene vi studerte, sier Ek.
Det er en større overflod av materiale fra røde giganter i Jordens sminke enn det er i Mars, eller i asteroider som Vesta lenger ute i solsystemet vårt. Det ytre området inneholder mer materiale fra supernovaer. Teamet sier at de kan forklare hvorfor det er det.
"Da planetene dannet seg, var temperaturene nærmere sola veldig høye," forklarer Schönbächler. Noen av støvkornene var mer ustabile enn andre, inkludert de med isete skorper. Den typen ble ødelagt i det indre solsystemet, nær solen. Men stardust fra røde giganter var mer stabilt og motsto ødeleggelse, så det er mer konsentrert nær solen. Forfatterne sier at støv fra supernovaeksplosjoner også er tilbøyelig til å fordampe raskere siden det er mindre. Så det er mindre av det i det indre solsystemet, og på jorden.
"Dette tillater oss å forklare hvorfor Jorden har den største berikelsen av stardust fra røde kjempestjerner sammenlignet med andre kropper i solsystemet," sier Schönbächler.
Mer:
- Pressemelding: Stardust fra røde giganter
- Forskningsoppgave: Opphavet tils-prosessere isotop heterogenitet i den protoplanetære solskiven
- Space Magazine: New Study kaster lys over hvordan Jorden og Mars ble dannet
