2016.12.06. - Kis tömegű szupernóva indíthatta el a Naprendszer keletkezését

A University of Minnesota kutatói új modellek, illetve meteoritokból származó minták alapján azt feltételezik, hogy a Naprendszer keletkezését egy kis tömegű szupernóva robbanása indíthatta be.

Körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt valami megzavarta azt a por- és gázfelhőt, amelyből aztán a Naprendszer kialakult. A perturbációt követő gravitációs kollapszus következtében kezdett el formálódni a protonap és az a korong, amelyben a bolygók születtek. Az elképzelések szerint egy szupernóva-robbanásnak lehetett elegendő energiája a gázfelhő összesűrítéséhez szükséges lökéshullám indításához. Az elméletet perdöntően alátámasztó bizonyítékkal azonban mindmáig nem tudtak előállni a kutatók, és az sem teljesen világos, hogy a szupernóva pontosan milyen tulajdonságokkal bírt.

Yong-Zhong Qian (University of Minnesota) és munkatársai a korai Naprendszerben még megtalálható rövid felezési idejű radioaktív magokra koncentráltak, amelyek - éppen a rövid felezési idő miatt - csak a "gerjesztő" szupernóvából származhattak. Arra, hogy milyen volt a koncentrációjuk a Naprendszer keletkezésekor, a meteoritokban megtalálható bomlástermékeikből lehet következtetni. A meteoritok részben a Naprendszer keletkezésének törmelékei, tanúskodnak arról, hogy az miből és hogyan alakult ki, illetve a folyamatot beindító szupernóva-robbanás milyen rövid felezési idejű radioaktív magokkal szennyezte be a protoplanetáris felhőt.

Qian kutatási területe a radioaktív atommagok szupernóva-robbanások közben történő keletkezése. Korábbi munkáiban azzal foglakozott, hogy különböző tömegű szupernóvák esetében milyen folyamatok hozzák létre ezeket a magokat. Kollégáival, köztük korábbi tanítványával, Projjwal Banerjee-vel felismerték, hogy a Naprendszer kialakulásával foglalkozó megelőző tanulmányok a sűrűsödési folyamat beindítójaként a nagy tömegű szupernóvákra fókuszáltak, ezek azonban olyan nukleáris nyomokat hagynak hátra, amelyek nem találhatók meg a meteoritmintákban. Ezért úgy döntöttek, tesztelik, hogy kis tömegű, a Napnál csak körülbelül 12-szer nehezebb szupernóvák magyarázhatják-e a minták jellegzetességeit.

A NASA Spitzer-űrtávcsövének infravörös felvétele a Hattyú csillagképben megfigyelhető, tőlünk mintegy 4500 fényévre lévő por- és gázfelhőről. Ennek egyes részei olyanok lehetnek, mint az a por- és gázfelhő, amelyből kb. 4,6 milliárd évvel ezelőtt egy kis tömegű szupernóva robbanásának hatására elkezdett kialakulni a Naprendszer.
[NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA]

A munkát a meteoritokban gyakran előforduló 10-es tömegszámú berilliumizotóppal kezdték. Az, hogy ez az izotóp majdnem mindenütt jelen van, valójában önmagában is egy rejtély. Sok kutató úgy véli, hogy a kozmikus sugárzás által okozott, spallációnak nevezett folyamat a felelős a 10-es berillium meteoritokban való megjelenéséért. (Ha egy nehéz atommag igen nagy, 1-10 GeV energiájú részecskékkel, például protonokkal lép kölcsönhatásba, akkor sok elemi részecske és maradék magképződmény keletkezik. Ez a spalláció.) Qian szerint ez a hipotézis sok bizonytalan előfeltevésen és azon alapul, hogy a 10-es berillium nem keletkezhet szupernóva-robbanások során. Ők azonban új modelleket használva megmutatták, hogy a berilliumizotóp neutrínóspalláció következtében akár kis, akár nagy tömegű szupernóvák robbanásakor létrejöhet. A meteoritminták tulajdonságaival azonban csak az a forgatókönyv egyeztethető össze, hogy a Naprendszer kialakulását egy kisebb tömegű csillag robbanásának lökéshulláma indította el. Ez a modell nem csak a 10-es berilliumizotópra, de például a meteoritokban szintén megtalálható, és ugyancsak rövid felezési idejű 41-es kálcium- és 107-es tömegszámú palládiumizotópra is magyarázatot ad. Qian szerint a következő lépés a modell alkalmazhatóságának megerősítése, mégpedig a neutrínóspalláció során szintén keletkező 7-es tömegszámú lítium- és 11-es tömegszámú bórizotópok alapján. Arra biztatja az ezzel foglalkozó kutatókat, hogy vizsgálják meg, a meteoritmintákban van-e korreláció a három izotóp koncentrációja között.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature Communications c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.11.28.