Forskere foreslår lavmasse supernova-udløst dannelse af solsystemet

Et forskerhold ledet af University of Minnesota School of Physics and Astronomy Professor Yong-Zhong Qian bruger nye modeller og beviser fra meteoritter til at vise, at en lavmassesupernova udløste dannelsen af ​​vores solsystem.

Resultaterne er offentliggjort i det seneste nummer af Naturkommunikation .

For omkring 4,6 milliarder år siden, en sky af gas og støv, der til sidst dannede vores solsystem, blev forstyrret. Det efterfølgende gravitationssammenbrud dannede proto-solen med en omgivende skive, hvor planeterne blev født. En supernova - en stjerne, der eksploderer i slutningen af ​​sin livscyklus - ville have energi nok til at komprimere sådan en gassky. Alligevel var der ingen afgørende beviser til støtte for denne teori. Ud over, arten af ​​den udløsende supernova forblev uhåndgribelig.

Qian og hans samarbejdspartnere besluttede at fokusere på kortlivede kerner til stede i det tidlige solsystem. På grund af deres korte levetid, disse kerner kunne kun være kommet fra den udløsende supernova. Deres overflod i det tidlige solsystem er blevet udledt af deres henfaldsprodukter i meteoritter. Som affald fra dannelsen af ​​solsystemet, meteoritter kan sammenlignes med de resterende mursten og mørtel på en byggeplads. De fortæller os, hvad solsystemet er lavet af og især, hvilke kortlivede kerner den udløsende supernova gav.

"Dette er de retsmedicinske beviser, vi har brug for for at hjælpe os med at forklare, hvordan solsystemet blev dannet, " sagde Qian. "Det peger på en lavmassesupernova som udløseren."

Qian er ekspert i dannelsen af ​​kerner i supernovaer. Hans tidligere forskning har fokuseret på de forskellige mekanismer, hvorved dette sker i supernovaer med forskellige masser. Hans team inkluderer hovedforfatteren af ​​papiret, Projjwal Banerjee, der er tidligere ph.d. studerende og postdoc forskningsassistent, og mangeårige samarbejdspartnere Alexander Heger fra Monash University, Australien, og Wick Haxton fra University of California, Berkeley. Qian og Banerjee indså, at tidligere bestræbelser på at studere dannelsen af ​​solsystemet var fokuseret på en supernovaudløser med høj masse, hvilket ville have efterladt et sæt nukleare fingeraftryk, der ikke er til stede i meteorrekorden.

Qian og hans samarbejdspartnere besluttede at teste, om en lavmassesupernova, omkring 12 gange tungere end vores sol, kunne forklare den meteoritiske rekord. De begyndte deres forskning ved at undersøge Beryllium-10, en kortvarig kerne, der har 4 protoner (deraf det fjerde grundstof i det periodiske system) og 6 neutroner, vejer 10 masseenheder. Denne kerne er vidt udbredt i meteoritter.

Faktisk var allestedsnærværelsen af ​​Beryllium-10 noget af et mysterium i sig selv. Mange forskere havde teoretiseret, at spallation - en proces, hvor højenergipartikler fjerner protoner eller neutroner fra en kerne for at danne nye kerner - af kosmiske stråler var ansvarlig for Beryllium-10 fundet i meteoritter. Qian sagde, at denne hypotese involverer mange usikre input og antager, at Beryllium-10 ikke kan laves i supernovaer.

Ved at bruge nye modeller af supernovaer, Qian og hans samarbejdspartnere har vist, at Beryllium-10 kan produceres ved neutrino-spallation i supernovaer med både lav og høj masse. Imidlertid, kun en supernova med lav masse, der udløser dannelsen af ​​solsystemet, er i overensstemmelse med den overordnede meteoritiske rekord.

"Resultaterne i dette papir har åbnet en helt ny retning i vores forskning, " sagde Qian. "Ud over at forklare overfloden af ​​Beryllium-10, denne lavmasse-supernovamodel ville også forklare de kortlivede kerner Calcium-41, Palladium-107, og et par andre fundet i meteoritter. Hvad den ikke kan forklare, må så henføres til andre kilder, der kræver detaljeret undersøgelse."

Qian sagde, at gruppen gerne vil undersøge de resterende mysterier omkring kortlivede kerner fundet i meteoritter. Det første skridt, er dog at bekræfte deres teori yderligere ved at se på Lithium-7 og Boron-11, der er produceret sammen med Beryllium-10 ved neutrino-spallation i supernovaer. Qian sagde, at de muligvis vil undersøge dette i et fremtidigt papir og opfordrede forskere, der studerede meteoritter, til at se på korrelationerne mellem disse tre kerner med præcise målinger.