Eksploderende stjerner er nøgleingrediensen i sand, glas

Vi er alle, helt bogstaveligt, lavet af stjernestøv. Mange af de kemikalier, der udgør vores planet og vores kroppe, blev dannet direkte af stjerner. Nu, en ny undersøgelse, der bruger observationer fra NASAs Spitzer Space Telescope, rapporterer for første gang, at silica - et af de mest almindelige mineraler, der findes på Jorden - dannes, når massive stjerner eksploderer.

Se dig omkring lige nu, og der er en god chance for, at du vil se silica (siliciumdioxid, SiO ₂ ) i en eller anden form. En vigtig bestanddel af mange typer sten på Jorden, silica bruges i industrielle sand- og grusblandinger til fremstilling af beton til fortove, veje og bygninger. En form for silica, kvarts, er en vigtig bestanddel af sand, der findes på strande langs de amerikanske kyster. Silica er en nøgleingrediens i glas, inklusive pladeglas til vinduer, samt glasfiber. Det meste af det silicium, der bruges i elektroniske enheder, kommer fra silica.

I alt, silica udgør omkring 60 procent af jordskorpen. Dens udbredte tilstedeværelse på Jorden er ingen overraskelse, da der er fundet silicastøv i hele universet og i meteoritter, der er før vores solsystem. En kendt kilde til kosmisk støv er AGB-stjerner, eller stjerner med cirka Solens masse, der er ved at løbe tør for brændstof og puster op til mange gange deres oprindelige størrelse for at danne en rød kæmpestjerne. (AGB-stjerner er én type rød kæmpestjerne.) Men silica er ikke en væsentlig bestanddel af AGB-stjernestøv, og observationer havde ikke gjort det klart, om disse stjerner kunne være den primære producent af silicastøv observeret i hele universet.

Den nye undersøgelse rapporterer påvisning af silica i to supernova-rester, kaldet Cassiopeia A og G54.1+0.3. En supernova er en stjerne, der er meget mere massiv end Solen, der løber tør for det brændstof, der brænder i dens kerne, får det til at kollapse over sig selv. Det hurtige fald af stof skaber en intens eksplosion, der kan smelte atomer sammen for at skabe "tunge" elementer, som svovl, calcium og silicium.

Kemiske fingeraftryk

For at identificere silica i Cassiopeia A og G54.1+0.3, holdet brugte arkivdata fra Spitzers IRS-instrument og en teknik kaldet spektroskopi, som tager lys og afslører de individuelle bølgelængder, der udgør det. (Du kan observere denne effekt, når sollys passerer gennem et glasprisme og producerer en regnbue:De forskellige farver er de individuelle bølgelængder af lys, der typisk er blandet sammen og usynlige for det blotte øje.)

Kemiske grundstoffer og molekyler udsender hver især meget specifikke bølgelængder af lys, hvilket betyder, at de hver især har et særskilt spektralt "fingeraftryk", som højpræcisionsspektrografer kan identificere. For at opdage det spektrale fingeraftryk af et givet molekyle, forskere er ofte afhængige af modeller (typisk udført med computere), der genskaber molekylets fysiske egenskaber. At køre en simulering med disse modeller afslører derefter molekylets spektrale fingeraftryk.

Men fysiske faktorer kan subtilt påvirke de bølgelængder, som molekyler udsender. Sådan var det med Cassiopeia A. Selvom spektroskopidataene for Cassiopeia A viste bølgelængder tæt på, hvad man ville forvente af silica, forskere kunne ikke matche dataene med noget bestemt element eller molekyle.

Jeonghee Rho, en astronom ved SETI Institute i Mountain View, Californien, og hovedforfatteren på det nye papir, troede, at formen på silicakornene måske kunne være kilden til uoverensstemmelsen, fordi eksisterende silica-modeller antog, at kornene var perfekt sfæriske.

Hun begyndte at bygge modeller, der omfattede nogle korn med ikke-sfæriske former. Det var først, da hun færdiggjorde en model, der antog, at alle kornene ikke var sfæriske, men hellere, fodbold-formet, at modellen "virkelig klart producerede det samme spektrale træk, som vi ser i Spitzer-dataene, " sagde Rho.

Rho og hendes medforfattere på papiret fandt derefter det samme træk i en anden supernova-rest, G54.1+0.3. De aflange korn kan fortælle forskerne noget om de nøjagtige processer, der dannede silicaen.

Forfatterne kombinerede også observationerne af de to supernova-rester fra Spitzer med observationer fra Den Europæiske Rumorganisations Herschel Space Observatory for at måle mængden af ​​silica produceret af hver eksplosion. Herschel registrerer forskellige bølgelængder af infrarødt lys end Spitzer. Forskerne så på hele spændvidden af ​​bølgelængder leveret af begge observatorier og identificerede den bølgelængde, hvor støvet har sin højeste lysstyrke. Disse oplysninger kan bruges til at måle temperaturen af ​​støv, og både lysstyrke og temperatur er nødvendige for at måle massen. Det nye arbejde antyder, at silica produceret af supernovaer over tid var betydelig nok til at bidrage til støv i hele universet, inklusive støvet, der i sidste ende kom sammen for at danne vores hjemmeplanet.

Undersøgelsen blev offentliggjort den 24. oktober, 2018, i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , og det bekræfter, at hver gang vi kigger gennem et vindue, gå ned ad fortovet eller sætte foden på en stenstrand, vi interagerer med et materiale lavet af eksploderende stjerner, der brændte for milliarder af år siden.