Stjerne-lig afslører spor til manglende stjernestøv

Alt omkring dig - dit skrivebord, din bærbare computer, din kaffekop – faktisk, selv dig – er lavet af stjernestøv, stoffet smedet i stjernernes brændende ovne, der døde før vores sol blev født. Undersøger rummet omkring et mystisk stjernelig, forskere ved University of Arizona har gjort en opdagelse, der kunne hjælpe med at løse et mangeårigt mysterium:Hvor kommer stjernestøv fra?

Når stjerner dør, de sår kosmos omkring dem med de grundstoffer, der fortsætter med at smelte sammen til nye stjerner, planeter, asteroider og kometer. Næsten alt, der udgør Jorden, selv livet selv, består af elementer lavet af tidligere stjerner, inklusive silicium, kulstof, nitrogen og ilt. Men dette er ikke hele historien. Meteoritter indeholder almindeligvis spor af en type stjernestøv, indtil nu, mentes kun at danne sig i usædvanligt voldelige, eksplosive begivenheder af stjerners død kendt som novaer eller supernovaer - for sjældne til at redegøre for den overflod, der er bevaret i meteoritter.

Forskere ved UA brugte radioteleskoper i Arizona og Spanien til at observere gasskyer i den unge planetariske tåge K4-47, et gådefuldt objekt omkring 15, 000 lysår fra Jorden. Klassificeret som en tåge, K4-47 er en stjernerest, som astronomer mener blev skabt, da en stjerne ikke ulig vores sol kastede noget af sit materiale i en skal af udstrømmende gas, før den endte sit liv som en hvid dværg.

Til deres overraskelse, forskerne fandt ud af, at nogle af grundstofferne, der udgør tågen - kulstof, nitrogen og oxygen – er stærkt beriget med visse varianter, der matcher de mængder, der ses i nogle meteoritpartikler, men som ellers er sjældne i vores solsystem:såkaldte tunge isotoper af kulstof, nitrogen og ilt, eller ¹³ C, ¹⁵ N og ¹⁷ Åh, henholdsvis. Disse isotoper adskiller sig fra deres mere almindelige former ved at indeholde en ekstra neutron inde i deres kerne.

At sammensmelte en ekstra neutron på en atomkerne kræver ekstreme temperaturer på over 200 millioner grader Fahrenheit, førende videnskabsmænd til at konkludere, at disse isotoper kun kunne dannes i novaer - voldsomme energiudbrud i aldrende dobbeltstjernesystemer - og supernovaer, hvor en stjerne blæser sig selv fra hinanden i én katastrofal eksplosion.

"De modeller, der kun påkalder novaer og supernovaer, kunne aldrig redegøre for mængden af ¹⁵ N og ¹⁷ O vi observerer i meteoritprøver, " sagde Lucy Ziurys, senior forfatter af avisen, som er offentliggjort i tidsskriftets 20. december-udgave Natur . "Det faktum, at vi finder disse isotoper i K4-47, fortæller os, at vi ikke har brug for mærkelige eksotiske stjerner for at forklare deres oprindelse. Det viser sig, at dine gennemsnitlige havesortsstjerner også er i stand til at producere dem."

I stedet for katastrofale eksplosive begivenheder, der skaber tunge isotoper, holdet foreslår, at de kan blive produceret, når en gennemsnitlig stjerne som vores sol bliver ustabil mod slutningen af ​​sin levetid og gennemgår en såkaldt helium-flash, hvor supervarmt helium fra stjernens kerne slår gennem den overliggende brintkappe.

"Denne proces, hvor materialet skal spyles ud og afkøles hurtigt, producerer ¹³ C, ¹⁵ N og ¹⁷ Åh, " forklarede Ziurys, en professor med dobbelte ansættelser i UA's Steward Observatory og Institut for Kemi og Biokemi. "En heliumglimt river ikke stjernen fra hinanden, som en supernova gør. Det er mere som et stjerneudbrud."

Resultaterne har betydning for identifikation af stjernestøv og forståelsen af, hvordan almindelige stjerner skaber elementer som ilt, nitrogen og kulstof, sagde forfatterne.

Opdagelsen blev muliggjort gennem et samarbejde mellem discipliner, der traditionelt har været relativt adskilte:astronomi og kosmokemi. Holdet brugte radioteleskoper ved Arizona Radio Observatory og Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) til at observere rotationsspektre udsendt af molekylerne i K4-47-tågen, som afslører spor om deres massefordeling og deres identitet.

"Da Lucy og jeg begyndte at samarbejde om dette projekt, vi indså, at vi kunne forene, hvad vi fandt i meteoritter, og hvad vi observerer i rummet, " sagde medforfatter Tom Zega, lektor i kosmokemi, planetariske materialer og astrobiologi i UA's Lunar and Planetary Laboratory.

Forskerne venter spændt på de opdagelser, der ligger forude for NASA's OSIRIS-REx asteroide prøve returmission, som ledes af UA. For bare to uger siden, rumfartøjet ankom til sin målasteroide, Bennu, hvorfra den vil indsamle en prøve af uberørt materiale i 2020. Et af missionens hovedmål er at forstå udviklingen af ​​Bennu og solsystemets oprindelse.

"Du kan tænke på de korn, vi finder i meteoritter, som stjerneaske, efterladt af stjerner, der længe var døde, da vores solsystem blev dannet, " sagde Zega. "Vi forventer at finde de præ-solar korn på Bennu – de er en del af puslespillet i historien om denne asteroide, og denne forskning vil hjælpe med at definere, hvor materialet om Bennu kom fra."

"Vi kan nu spore, hvor asken kom fra, " tilføjede Ziurys. "Det er som en arkæologi af stjernestøv."

"Undersøgelsen af ​​eksplosiv helium, der brænder inde i stjerner, vil starte et nyt kapitel i historien om oprindelsen af ​​de kemiske grundstoffer, " sagde Neville "Nick" Woolf, Professor emeritus ved Steward Observatory og den fjerde medforfatter.

Artiklens første forfatter er Deborah Schmidt, en ph.d.-studerende ved Steward Observatory.