Według jednej z teorii formowanie Układu Słonecznego zapoczątkowane zostało przez falę uderzeniową z pobliskiej eksplodującej supernowej. Fala uderzeniowa dostarczyła materię z eksplodującej gwiazdy do pobliskiego sobie obłoku pyłu i gazu powodując jego kolaps pod wpływem grawitacji, który z kolei doprowadził do powstania Słońca i krążących wokół niego planet.
Najnowsza praca autorstwa Alana Bossa z Carnegie dostarcza świeżych dowodów wspierających tę terię poprzez modelowanie powstawania Układu Słonecznego już po wstępnym kolapsie obłoku, skupiając się na pośrednich etapach formowania gwiazdy. Wyniki badań opublikowano w periodyku Astrophysical Journal.
Jednym z istotnych ograniczeń podczas testowania teorii tłumaczących powstanie Układu Słonecznego jest skład chemiczny meteorytów. Meteoryty przechowują w swoich wnętrzach zapis pierwiastków, izotopów i związków chemicznych, które istniały w trakcie powstawania naszego układu planetarnego. Jeden z typów meteorytów – chondryty węglowe – stanowi zapis najstarszego środowiska układu słonecznego.
Interesującym składnikiem chondrytów są tzw. krótkotrwałe izotopy radioaktywne. Izotopy to wersje pierwiastków o tej samej liczbie protonów, ale innej liczbie neutronów. Czasami, tak jak ma to miejsce w przypadku izotopów radioaktywnych, liczba neutronów obecnych w jądrze sprawia, że izotop jest niestabilny. Aby uzyskać stabilność izotop uwalnia energetyczne cząstki, które zmieniają jego liczbę protonów i neutronów przechodząc w inny pierwiastek.
Niektóre izotopy, które istniały w trakcie formowania Układu Słonecznego były radioaktywne i charakteryzowały się czasem rozpadu, który sprawiał, że zniknęły w ciągu kilkudziesięciu-kilkuset milionów lat. Fakt istnienia tych izotopów w trakcie formowania chondrytów widoczny jest w obfitości ich stabilnych produktów rozpadu – tak zwanych izotopów pochodnych – odkrywanych w niektórych chondrytach. Pomiary obfitości tych izotopów pochodnych pozwala naukowcom określić kiedy i w jaki sposób powstały dane chondryty.
Najnowsze analizy chondrytów przeprowadzone przez Myriam Telus z Carnegie skupiły się na żelazie-60, krótkotrwałym izotopie radioaktywnym, którego produktem rozpadu jest nikiel-60. Powstaje on w dużych ilościach tylko w reakcjach jądrowych zachodzących w określonych rodzajach gwiazd, w tym w eksplozjach supernowych lub tzw. gwiazdach na asymptotycznej gałęzi olbrzymów diagramu H-R.
Ponieważ całe żelazo-60 z czasów powstawania Układu Słonecznego już dawno uległo rozpadowi, badania prowadzone przez Telus, a opublikowane w periodyku Geochimica et Cosmochimica Acta, skupiły się na jego produkcie pochodnym – niklu-60. Ilość niklu-60 odkrywanego w meteorytach – szczególnie w porównaniu do ilości stabilnego, „zwykłego” żelaza-56 – wskazują jak dużo żelaza-60 istniało w trakcie powstawania większego obiektu macierzystego, z którego oderwany został meteoryt. Nie ma zbyt wielu sposobów na to, aby nadmiar żelaza-60 – które potem uległo rozpadowi w nikiel-60 – znalazł się w prymitywnym obiekcie Układu Słonecznego. Jednym z nich jest supernowa.
Choć najnowsze badania nie pozwoliły na odkrycie ostatecznego dowodu na to, że radioaktywne izotopy dotarły do nas z falą uderzeniową, Telus wykazała, że ilość żelaza-60 obecna na wczesnych etapach istnienia Układu Słonecznego zgodna jest z teorią mówiącą o supernowej jako źródle tego izotopu.
Uwzględniając te najnowsze badania na meteorytach, Boss ponownie przeanalizował swoje wcześniejsze modele kolapsu obłoku wskutek oddziaływania fali uderzeniowej, rozszerzając swoje modele obliczeniowe poza wstępny kolaps obłoku i na pośrednie etapy formowania gwiazdy, gdy Słońce powstawało. Teraz kluczowym krokiem będzie połączenie modelu pochodzenia Układu Słonecznego z analizą próbek meteorytów.
„Moje wyniki wskazują, że fala uderzeniowa po eksplozji supernowej jest wciąż najbardziej prawdopodobnym źródłem krótkotrwałych izotopów radioaktywnych w Układzie Słonecznym”, mówi Boss.
Źródło: Carnegie Institution for Science / phys.org