Odkryto "wapniowe" supernowe. To dzięki nim mamy budulec naszych kości i zębów

Gdy ktoś pisze lub mówi, że każdy z nas jest gwiazdą, w tym sensie, że powstaliśmy z gwiezdnego pyłu, zwykle chwilę później pada słynny cytat z książki Carla Sagana z 1973 roku, We are made of star-stuff.

Nie jest on ani pierwszym, ani ostatnim popularyzatorem nauki, który zwrócił uwagę na ten cudowny szczegół naszego istnienia. Saganowi jednak udało się ująć to w sposób szczególnie poetycki, co widać na filmie poniżej we fragmencie serialu ”Cosmos: A Personal Voyage”.

Czego naukowcy przed i po Saganie nie mogli wiedzieć, to że w swoim ostatnim tchnieniu nie każda gwiazda daje nam z siebie tyle samo. Początek jest zwykle taki sam. Gwiazdy rozpoczynają swoje życie trwającą nawet 10 mld lat syntezą wodoru w hel.

Gdy wyczerpuje się wodór, gwiazda zaczyna spalać hel. Tak powstaje węgiel i tlen. Gdy kończy się hel, a gwiazda jest wystarczająco duża, w procesie syntezy węgla i tlenu powstają neon, sód, krzem, fosfor i rtęć. Z krzemu da się uzyskać siarkę, argon, wapń, tytan, chrom, żelazo, nikiel i cynk. To ten etap, na którym powstają składniki naszego ciała, szczególnie kości.

Gwiazda dochodząca w swoim cyklu życia do etapu, gdy z powodu braku paliwa nie może podtrzymywać procesu syntezy, gwałtownie eksploduje – mamy supernową. W tym chaosie powstają ciężkie pierwiastki jak uran a potem wszystkie powstałe do tego momentu, i lekkie i ciężkie, od węgla i tlenu poczynając, zostają wyrzucone w przestrzeń kosmiczną.

Z czasem ten gwiezdny pył przechwytuje pole grawitacyjne innych gwiazd. Z czasem łączą się w większe cząsteczki, aż skondensowane siłami grawitacji tworzą planety. Sęk w tym, że przy zwykłej supernowej w takim wyrzuconym wokół pyle gwiezdnym wapnia jest relatywnie mało.

Dziś już wiemy, że aż połowa tego pierwiastka we wszechświecie powstała podczas wybuchów szczególnego typu ”wapniowych” supernowych. Ich fizyczno-chemiczna natura sprawia, że słabo błyszczą i trudno je przez to odnaleźć. Czasem może pomaga przypadek.

W kwietniu 2019 roku międzynarodowy zespół złożony z blisko 70 naukowców skupił się na badaniu jasnego błysku w galaktyce spiralnej Messier 100 , 55 mln lat świetlnych od Ziemi, dostrzeżonego przez prywatny teleskop obserwatora-amatora Joela Shepherda. Efekt tych badań został właśnie przedstawiony w czasopiśmie "Astrophysical Journal".

Prowadzone w 10 godzin od odkrycia, obserwacje w paśmie światła widzialnego dokonano na Hawajach (obserwatorium W.M. Keck) a należącym do NASA orbitalnym obserwatorium SWIFT przyjrzano się supernowej w zakresie promieniowania X i pasma ultrafioletowego.

Wyłapana przypadkiem anomalia okazała się prawdziwą ”świeżynką”. Co rzadkie w przypadku supernowych, udało się zarejestrować istniejące tylko na samym początku emisje rentgenowskie z eksplozji. Znikły z pola widzenia już po 5 dniach.

- SN2019ehk pokazała nam, że gdy odkryje się coś tak młodego, nagle zyskujemy dostęp do ostatnich chwil życia gwiazdy przed eksplozją – powiedział CNN jeden z autorów badania, Wynn Jacobson-Galan z uniwersytetu Northwestern.

Nie była to ”zwykła” supernowa, ale właśnie przykład tej niezwykle bogatej w wapń. Dość szybko okazało się, że supernowa opisana jako SN2019ehk pokazała nam coś zupełnie nieznanego. Miesiące przed głównym wybuchem gwiazda wyrzuciła bowiem w przestrzeń całą swoją zewnętrzną gazową warstwę. Potem fala głównego wybuchu ”dogoniła” tę wcześniejszą i na zetknięciu się ich nastąpiła silna emisja fal X i wysoce energetycznych fotonów.

Gorąco i ciśnienie generowane podczas eksplozji to koło napędowe reakcji chemicznych prowadzących do stworzenia pierwiastka budującego nasze kości. – Sam moment eksplozji to próba schłodzenia się kuli materii powstającej po zapadnięciu gwiazdy – wyjaśnia Raffaella Margutti, współautorka badania z uczelni Northwestern.

Jak zwraca uwagę CNN Jacobson-Galan, emisja pierwiastków wapna to, z punktu widzenia Natury, sposób na pójście po najmniejszej linii oporu w celu przywrócenia stanu równowagi z otoczeniem. – ”Wapniowe” supernowe produkują w eksplozji akurat tyle tego pierwiastka, by starczyło na wyemitowanie fotonów, a z nimi, uwolnienia energii cieplnej. A SN2019ehk wyemitował najwięcej wapnia w historii obserwowanych supernowych – stwierdził naukowiec.

Badania SN2019ehk nadal trwają. Ich autorzy chcą pokazać ewolucję supernowej już po wybuchu. Próbują też przeszukiwać wszechświat w poszukiwaniu kolejnych supernowych bogatych w podstawowy budulec naszych kości bogatsi o wiedzę, że muszą przyglądać się uważnie pasmu promieniowania X.

Zdjęcie główne: supernowa.jpg Podpis: Aaron M. Geller/Northwestern University