Ősi csillagpor ujjlenyomatai a Naprendszerben

7660

Körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt egy csillagközi molekulafelhő összezuhant, és a középpontjában megszületett a Nap. Körülötte kialakult egy gázból és porból álló korong, amiből később a Föld és a többi bolygó képződött. A korongban lévő, alaposan összekeveredett csillagközi anyag egzotikus szemcséket is tartalmazott: “más csillagok körül képződött csillagport” magyarázta Maria Schönbachler, a zürichi ETH egyetem Geokémiai és Kőzettani Intézetének professzora. Ezek a különleges szemcsék a csillagközi anyag csak egy kis hányadát alkották, és nem egyenletesen keveredtek el a korongban. “A csillagpor olyan, mint a só és a bors” mondja a geokémikus, „mindegyik bolygóba kissé eltérő keverék került belőlük”.

A nagy pontosságú mérési eljárások kidolgozásával a kutatók ma már meg tudják vizsgálni a Naprendszer kialakulásának idejéből megőrződött csillagpor-szemcséket. Meg tudják mérni a különböző elemek izotópos összetételét, vagyis hogy mennyi található az azonos protonszám mellett az eltérő számú neutronokat tartalmazó atommagokból. “Az izotópok aránya egyfajta ujjlenyomat – és mivel nem egyforma mennyiségben voltak jelen a korong különböző részein, minden bolygónak és minden kisbolygónak saját ujjlenyomata lett, attól függően, hogy hol keletkeztek.”

Az elmúlt 10 évben a földi kőzeteket és meteoritokat kutató tudósok egyre több elem segítségével tudtak ilyen eltéréseket, izotóp-anomáliákat kimutatni. Schönbächler és csoportja a palládiumot vizsgálta olyan meteoritokban, amelyek egykor mára már megsemmisült kisbolygók vasmagját alkották.

A Toluca meteorit egyike volt a kutatók által vizsgált vasmeteoritoknak. (Fotó: H. Raab)

Más kutatócsoportok korábban már vizsgálták a molibdént és a ruténiumot, a szomszédos elemeket a periódusos rendszerben, így Schönbächlerék meg tudták jósolni, hogy a palládium milyen izotóp-anomáliákat mutathat. De a laboratóriumi vizsgálatok nem a várt összetételt eredményezték. “A meteoritokban mért palládium sokkal kisebb anomáliát mutatott, mint azt vártuk”, mondta Mathias Ek, a University of Bristol posztdoktora, aki még a doktori kutatómunkája során vizsgálta a palládium izotóp-összetételét az ETH egyetemen.

Most azonban a kutatók a Nature Astronomy folyóiratban mutattak be egy új modellt, amely képes megmagyarázni a méréseket. A forgatókönyvük azon a feltevésen alapul, hogy az általuk vizsgált palládium főleg vörös óriáscsillagok által létrehozott csillagporból származott. A vörös óriások öregedő csillagok, amelyek magjában már nincs fúziós folyamat, csak egy vékony rétegben körülötte, ezért kitágulnak és óriásokká válnak. A mi Napunk is vörös óriássá válik négy-öt milliárd év múlva.

“Ezekben a csillagokban molibdén és palládium is keletkezik, mert a magreakciók hatására sok neutron szabadul fel, és a vas atommagok be tudják fogni a szabad neutronokat, nehezebb elemeket létrehozva” magyarázta Maria Lugaro, a CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézetének asztrofizikusa. “A palládium a korábban vizsgált elemekhez képest kissé illékonyabb. Ennek megfelelően kisebb mennyiségben tudott kondenzálódni a csillagok körül képződő ásványszemcséken, és a meteoritokban vizsgált csillagporban egyszerűen kevesebb a palládium” tette hozzá Ek. Ezzel szemben a külső Naprendszer anyagába egy másik külső forrásból, szupernóva-robbanásokból tudtak inkább egzotikus összetevők beépülni.

A vörös óriás AGB csillagból bizonyos elemek, mint a molibdén és a ruténium, a szilárd poranyagban dúsulnak (piros négyzetek), míg más elemek, mint a kadmium és palládium a gáz fázisban maradnak. A szupernóva-robbanások során szintén képződnek nehéz elemek, amik a robbanás után szintén porszemcsékben, illetve gáz fázisban dúsulnak (kék háromszögek). A csillagközi térben az ott képződött porszemcsék a csillagporral keverednek. A protoplanetáris korongban a kevésbé ellenálló szemcsék a Nap közelében elpárolognak. A vörös óriásokban képződött kristályos ásványszemcsék a Naphoz közel feldúsulnak, majd a fiatal Jupiter korai képződése megakadályozza a korong külső és belső régiói anyagának további keveredését. (Forrás: Ek et al., Nature Astronomy)

Az ETH kutatói ezzel egy másik, csillagporral kapcsolatos kérdést is megmagyaráznak: a Föld nagyobb mennyiségű vörösóriás-eredetű csillagport tartalmaz, mint a Mars, illetve a Vesta és további, a Naprendszer távolabbi részein keletkezett aszteroidák. “Amikor a bolygók képződtek, a Naphoz közel magas hőmérsékletek uralkodtak” magyarázta Schönbächler. Ez a hő a kevésbé ellenálló porszemcséket, például amiket eredetileg jeges kéreg vett körül, elpárologtatta. A Naprendszer alapjául szolgáló csillagközi anyag főleg ilyet tartalmazott, ami a Nap közelében könnyebben elpusztulhatott, míg a vörös óriásokból származó szemcsék sokkal ellenállóbb ásványokból állnak, így a Nap közelében fel tudtak dúsulni. A szupernóvákból származó szemcsék pedig kisebbek, és ezért valószínűleg szintén könnyebben elpárolognak a Naphoz közel. “Ezzel magyarázhatjuk, hogy miért a Föld dúsult leginkább a vörös óriások anyagában a Naprendszer többi ismert anyagához képest” mondja Schönbächler. A hőmérséklet-különbség hatására előálló összetételbeli különbséget aztán a Jupiter megszületése konzerválta, végleg a belső Naprendszerbe zárva a csillagporral feldúsított anyagot.

Az eredményeket bemutató szakcikk a Nature Astronomy folyóiratban jelent meg:
Mattias Ek, Alison C. Hunt, Maria Lugaro, Maria Schönbächler: “The origin of s-process isotope heterogeneity in the solar protoplanetary disk”.

Hozzászólás

hozzászólás