Vi har alla hört detta: när du dricker ett glas vatten har det vattnet redan gått igenom en massa andras matsmältningskanaler. Kanske Attila the Hun’s eller Vlad the Impaler’s; kanske till och med en Tyrannosaurus Rex.
Tja, samma sak gäller stjärnor och materia. All materia vi ser omkring oss här på jorden, till och med våra egna kroppar, har gått igenom åtminstone en cykel av stjärnfödelse och död, kanske mer. Men vilken typ av stjärna?
Det är vad ett team av forskare på ETH Zürich (Ecole polytechnique federale de Zurich) ville veta.
Berättelsen om vårt solsystem började för cirka 4,5 miljarder år sedan när ett molekylärt moln kollapsade. I mitten av det kollapsade molnet vaknade solen till liv i en explosion av fusion, och en skiva av gas och damm bildades runt den. Så småningom bildades alla planeter i vårt solsystem från den protoplanetariska skivan.
Inuti den skivan av material fanns dammkorn som hade bildats runt vissa andra stjärnor. Dessa speciella korn fördelades ojämnt över skivan, 'som salt och peppar', enligt Maria Schönbächler, professor vid Institutet för geokemi och petrologi vid ETH Zürich. När solsystemets planeter bildades innehöll var och en sin egen blandning av gas och damm, och av dessa speciella korn.
En illustration av en protoplanetarisk skiva. Planeter smälter samman ur det kvarvarande molekylära molnet som stjärnan bildades ur. Inom denna ansamlingsskiva fanns de grundläggande elementen som är nödvändiga för planetbildning och potentiellt liv. Kredit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC) – februari 2005
Framsteg inom mätteknik gör det möjligt för forskare att upptäcka materialet som planeterna bildades av och att fastställa dess ursprung. Allt handlar om isotoper. Ett isotop är en atom av ett givet grundämne med samma antal protoner i sin kärna, men ett annat antal neutroner. Till exempel finns det olika isotoper av kol, som C13 och C14. Medan alla kolisotoper har 6 protoner, har C13 7 neutroner medan C14 har 8 neutroner.
Blandningen av olika isotoper på en planet - inte bara av kol utan också av andra element - är som ett fingeravtryck. Och det fingeravtrycket kan berätta mycket för forskare om en kropps ursprung.
'Stardust har verkligen extrema, unika fingeravtryck - och eftersom det spreds ojämnt genom den protoplanetära skivan, fick varje planet och varje asteroid sitt eget fingeravtryck när den bildades', sa Schönböchler i en pressmeddelande .
Under åren har forskare studerat dessa fingeravtryck på jorden och i meteoriter. Jämförelser mellan de två avslöjar hur länge döda röda jättestjärnor har bidragit med materia till bildningen av jorden och allt på den. Inklusive oss.
Det här är delar av meteoriter som kom från asteroiden Vesta, men som återfanns på jorden. Forskare vet att Vesta är moderkroppen till många meteoriter, tack vare NASA:s Dawn-uppdrag. Kredit: NASA/University of Tennessee.
Forskare har kunnat jämföra dessa isotopiska anomalier mellan jorden och meteoriter för fler och fler grundämnen. Schönböchler och de andra forskarna bakom en ny studie har undersökt meteoriter som var en del av kärnan av asteroider som förstördes för länge sedan. De har fokuserat på grundämnet palladium.
Tidigare studier av andra forskare har undersökt isotopförhållanden för andra grundämnen, som rutenium och molybden, som är palladiums grannar i det periodiska systemet. Dessa tidigare resultat gjorde det möjligt för Schönböchlers team att förutsäga vad de skulle hitta när de letade efter palladiumisotoper.
De förväntade sig liknande mängder palladium men fick en överraskning.
Palladium (atomnummer 46) och dess grannar Molybden (Mo) och Ruthenium (44). Bildkredit: Av Offnfopt – Eget arbete, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=62296883
'Meteoriterna innehöll mycket mindre palladiumavvikelser än förväntat', säger Mattias Ek, postdoc vid University of Bristol som gjorde isotopmätningarna under sin doktorandforskning vid ETH.
I sitt arbete presenterar teamet en ny modell för att förklara dessa resultat. Tidningen har titeln 'Ursprunget tills-processisotopheterogenitet i sol-protoplanetarskivan.' Den publicerades i tidskriften Nature Astronomy den 9 december 2019. Huvudförfattare är Mattias Ek.
Deras modell visar att även om allt i vårt solsystem skapades av stjärndamm, så bidrog en typ av stjärna mest till jorden: röda jättar, eller asymptotisk jättegren (AGB) stjärnor. Dessa är stjärnor i samma massintervall som vår sol som expanderar till röda jättar när de tömmer sitt väte. Vår egen sol kommer att bli en av dessa om cirka 4 eller 5 miljarder år.
Som en del av deras sluttillstånd syntetiserar dessa stjärnor element i det som kallas s-processen. De s-process , eller långsam neutronfångstprocess, skapar element som palladium, och dess grannar i det periodiska systemet, rutenium och molybden. På en intressant notering skapar s-processen dessa element med frön av järnkärnor, som själva skapades i supernovor i tidigare generationer av stjärnor.
'Palladium är något mer flyktigt än de andra uppmätta grundämnena. Som ett resultat av detta kondenserades mindre av det till damm runt dessa stjärnor, och därför finns det mindre palladium från stjärndamm i de meteoriter vi studerade, säger Ek.
Det finns ett större överflöd av material från röda jättar i jordens makeup än det finns på Mars, eller i asteroider som Vesta längre ut i vårt solsystem. Den yttre regionen innehåller mer material från supernovor. Teamet säger att de kan förklara varför det är så.
I vårt unga solsystem motstod damm från röda jättar avdunstning eller förstörelse från solen bättre än damm från supernovor. Det är därför, enligt författarna till studien, jorden innehåller mer materia från röda jättar än kroppar längre ut. Kredit: NASA
'När planeterna bildades var temperaturerna närmare solen mycket höga', förklarar Schönbächler. Vissa av dammkornen var mer instabila än andra, inklusive de med isiga skorpor. Den typen förstördes i det inre solsystemet, nära solen. Men stjärndamm från röda jättar var mer stabilt och motstod förstörelse, så det är mer koncentrerat nära solen. Författarna säger att damm från supernovaexplosioner också är benägna att avdunsta snabbare eftersom det är mindre. Så det finns mindre av det i det inre solsystemet och på jorden.
'Detta tillåter oss att förklara varför jorden har den största anrikningen av stjärndamm från röda jättestjärnor jämfört med andra kroppar i solsystemet', säger Schönbächler.
Mer:
- Pressmeddelande: Stjärndamm från röda jättar
- Uppsats: Ursprunget tills-processisotopheterogenitet i sol-protoplanetarskivan
- Universum idag: Ny studie kastar ljus över hur jorden och Mars bildades