Hva ledet til dannelsen av vårt lille hjørne av universet - solen og planetsystemet vårt? I flere tiår har forskere tenkt at solsystemet dannet seg som et resultat av en sjokkbølge fra en eksploderende stjerne - en supernova - som utløste sammenbruddet av en tett, støvete gasssky, som deretter falt sammen for å danne solen og planetene. Men detaljerte modeller av denne formasjonsprosessen har bare fungert under den forenklende antagelsen at temperaturene under de voldelige hendelsene forble konstante. Det er selvfølgelig veldig usannsynlig. Men nå har astrofysikere ved Carnegie Institutions Department of Terrestrial Magnetism (DTM) vist for første gang at en supernova faktisk kunne ha utløst dannelsen av solsystemet under de mer sannsynlige forholdene med rask oppvarming og avkjøling. Så har disse nye funnene løst denne mangeårige debatten?
"Vi har hatt kjemiske bevis fra meteoritter som peker mot en supernova som utløste dannelsen av vårt solsystem siden 1970-tallet," bemerket hovedforfatter, Carnegies Alan Boss. “Men djevelen har vært i detaljene. Inntil denne studien har forskere ikke vært i stand til å utarbeide et selvstendig konsistent scenario, der kollaps utløses samtidig som nyopprettede isotoper fra supernovaen sprøytes inn i den kollapsende skyen. ”
Kortvarige radioaktive isotoper - versjoner av elementer med samme antall protoner, men et annet antall nøytroner - som finnes i veldig gamle meteoritter forfaller på tidsskalaer på millioner av år og blir til forskjellige (såkalte datter) elementer. Å finne datterelementene i primitive meteoritter innebærer at foreldrene kortvarige radioisotoper må ha blitt opprettet bare en million år før meteorittene selv ble dannet. "En av disse foreldreisotoper, iron-60, kan lages i betydelige mengder bare i de kraftige atomovnene til massive eller utviklede stjerner," forklarte Boss. "Iron-60 forfall til nikkel-60, og nikkel-60 er funnet i primitive meteoritter. Så vi har visst hvor og når foreldreisotopen ble laget, men ikke hvordan den kom hit. "
Tidligere modeller av Boss og tidligere DTM-stipendiat Prudence Foster viste at isotopene kunne avsettes i en sky før solen hvis en sjokkbølge fra en supernovaeksplosjon avtok til 6 til 25 miles per sekund og bølgen og skyen hadde en konstant temperatur på - 10 K. "Disse modellene fungerte ikke hvis materialet ble oppvarmet av komprimering og avkjølt av stråling, og dette conundrum har etterlatt alvorlige tvil i samfunnet om et supernova-sjokk startet disse hendelsene for over fire milliarder år siden eller ikke," bemerket Harri Vanhala, som fant det negative resultatet i sin doktorgrad. avhandlingsarbeid ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i 1997.
Ved å bruke en adaptiv mesh-foredling hydrodynamikkode, FLASH2.5, designet for å håndtere sjokkfronter, samt en forbedret kjølevett, vurderte Carnegie-forskerne flere forskjellige situasjoner. I alle modellene traff sjokkfronten en sky for solenergi med massen av vår sol, bestående av støv, vann, karbonmonoksid og molekylært hydrogen, og nådde temperaturer så høye som 1000 K. I mangel av kjøling kunne ikke skyen kollapse. Imidlertid fant de med den nye kjøleloven at etter 100 000 år var solenergien 1 000 ganger tettere enn før, og at varmen fra sjokkfronten raskt gikk tapt, noe som resulterte i bare et tynt lag med temperaturer nær 1.340 ° F (1000 K). Etter 160 000 år hadde skysenteret kollapset for å bli en million ganger tettere, og dannet protosunet. Forskerne fant at isotoper fra sjokkfronten ble blandet inn i protosunet på en måte som var i samsvar med deres opprinnelse i en supernova.
"Dette er første gang det er vist at en detaljert modell for en supernova som utløser dannelsen av solsystemet vårt fungerer," sa Boss. "Vi startet med en liten smell 9 milliarder år etter Big Bang."
Kilde: Carnegie Institution for Science
