Gwiezdny pył meteorytowy ujawnia czas formowania się pyłu supernowych

Pył jest wszędzie. Nie tylko na strychu czy pod łóżkiem ale także w przestrzeni kosmicznej. Dla astronomów pył może być uciążliwy, blokując światło odległych gwiazd, ale może być także narzędziem do badania historii naszego Wszechświata, galaktyk i Układu Słonecznego.

Na przykład astronomowie próbowali wyjaśnić, dlaczego niektóre niedawno odkryte, ale młode galaktyki, zawierają ogromne ilości pyłu. Obserwacje te wskazują, że eksplozje supernowych typu II – eksplozje gwiazd o masach ponad dziesięciokrotnie masywniejszych niż Słońce – wytwarzają obfite ilości pyłu, ale jak i kiedy to robią, nie jest dobrze zrozumiane.

Nowe prace kosmochemików z Carnegie, opublikowane przez Science Advances donoszą o analizach bogatych w węgiel ziaren pyłu uzyskanych z meteorytów, które pokazują, że ziarna te powstały w wyniku wypływu z jednej lub więcej supernowych typu II ponad dwa lata po eksplozji gwiazd przodków. Pył następnie został wdmuchnięty w przestrzeń kosmiczną, aby ostatecznie zostać włączonym do nowych układów gwiezdnych, w tym przypadku także w nasz własny.

Naukowcy – kierowani przez Nan Liu, wraz z Larrym Nittlerem, Conelem Alexandrem i Jianhua Wang z Department of Terrestrial Magnetism Carnegie – nie doszli do swoich wniosków przez badanie supernowych przy użyciu teleskopów. Zamiast tego przeanalizowali mikroskopijne węgliki krzemu, SiC, ziarna pyłu, które utworzyły się w supernowych ponad 4,6 miliarda lat temu i zostały uwięzione w meteorytach, kiedy nasz Układ Słoneczny powstał z popiołów poprzedniej generacji gwiazd galaktyki.

Wiadomo od dziesięcioleci niektóre meteoryty znane są z tego, że zawierają zapis oryginalnych budulców Układu Słonecznego, w tym ziaren pyłu gwiezdnego, które powstały w poprzednich generacjach gwiazd.

„Ponieważ te protołoneczne ziarna są dosłownie gwiezdnym pyłem, który można szczegółowo zbadać w laboratorium, są one doskonałymi próbkami dla szeregu procesów astrofizycznych” – wyjaśnia Nittler.

W ramach tego badania zespół postanowił zbadać czas powstawania pyłu supernowej, mierząc izotopy – wersje pierwiastków o tej samej liczbie protonów, ale o różnej liczbie neutronów – w rzadkich protosłonecznych ziarnach pyłu SiC z kompozycjami wskazującymi, że powstały one w supernowych typu II.

Niektóre radioaktywne izotopy umożliwiają naukowcom ustalenie ram czasowych dla kosmicznych wydarzeń. W takim przypadku liczba neutronów obecnych w izotopie powoduje, że jest on niestabilny. Aby uzyskać stabilność, uwalnia on cząstki energetyczne w sposób, który zmienia liczbę protonów i neutronów, przekształcając go w inny pierwiastek.

Zespół Carnegie skupił się na rzadkim izotopie tytanu, tytan-49, ponieważ jest on produktem radioaktywnego rozpadu wanadu-49, który jest wytwarzany podczas wybuchów supernowych i przekształca się w tytan-49 z okresem wynoszącym 330 dni. Jak bardzo tytan-49 dostaje się do ziaren pyłu supernowej, zależy od tego, kiedy po eksplozji się ono formuje. 

Korzystając z najnowocześniejszego spektrometru masowego do pomiaru izotopów tytanu w ziarnach SiC supernowych o znacznie lepszej precyzji, niż można było uzyskać w poprzednich badaniach, zespół odkrył, że ziarna musiały powstać co najmniej dwa lata po eksplozjach ich masywnych gwiazd progenitorów.

Ze względu na to, że ziarna grafitu protołonecznej supernowej są pod wieloma względami podobne izotopowo do ziaren SiC, zespół argumentował także, że opóźniony czas formowania odnosi się ogólnie do pyłu supernowej bogatego w węgiel, zgodnie z niektórymi niedawnym obliczeniami teoretycznymi.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Meteoritic stardust unlocks timing of supernova dust formation

Źródło: Carnegie science

Na zdjęciu: Obraz z mikroskopu elektronowego rozmiaru mikro ziarna pyłu gwiezdnego SiC supernowej (dolny prawy róg), uzyskany z pierwotnego meteorytu. Ziarna takie powstały ponad 4,6 miliardów lat temu w popiele supernowych typu II, opisane tutaj na zdjęciu Mgławicy Krab, pozostałości po wybuchu supernowej w 1054 r. Źródło: NASA and Larry Nittler.