Egyre több jel mutat arra, hogy haldokló csillagoknak köszönhetjük az életet a Földön

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

A szén, amely elengedhetetlen volt a földi élet kialakulásához, a csillagok életciklusának vége felé keletkezik és szóródik szét azok környezetében. Régóta tudományos viták tárgyát képezi azonban, hogy milyen típusú csillagok felelősek ezért a Tejútrendszerben és más galaxisokban.

A kutatók egy része szerint a szénatomok hatalmas csillagok által kibocsátott csillagszélben alakulnak ki, még a szupernóvává válásukat megelőző csillagfejlődési szakaszban, míg mások szerint kisebb tömegű csillagok által kibocsátott csillagszélben termelődnek, mielőtt azok fehér törpévé alakulnának.

Egy július 6-án a Nature Astronomy folyóiratban közzétett kutatásból most úgy tűnik, hogy inkább ez utóbbi lehet a megoldás: a kisebb, Naphoz hasonló és fejlődési ciklusuk során fehér törpévé váló csillagok lehetnek azok, melyek a galaxisunkban lévő szenet létrehozták, lehetővé téve a földi élet kialakulását is. A galaxisunkban lévő csillagok túlnyomó többsége, miután hidrogénfúzió során elhasználták üzemanyagukat, vörös óriássá, majd fehér törpévé változnak. A fehér törpék óriási sűrűségű csillagmaradványok, melyek tömege a Napéhoz, méretük azonban a Földéhez hasonló. A fehér törpék fénye a csillag által raktározott hőenergia kibocsátásából származik, magfúziós folyamatok már nem zajlanak bennük. Közel 5,5 milliárd év múlva ez a sors vár a Napunkra is.

A Hubble űrteleszkóp által megörökített fehér törpékForrás: HST/NASA/ESA/E. Richer

Csak a szén

Az univerzumban megtalálható természetes elemek közül a hidrogén és a hélium az ősrobbanást követő percekben jött létre. Bár kisebb mennyiségű lítium is keletkezett ekkor, a modern technológiához elengedhetetlen atomokat főleg csillagok állítják elő. A nehezebb elemek, mint a szén és a vas, csillagokban zajló magfúzió során jönnek létre. A vasnál is nehezebbek, mint például az urán pedig többnyire szupernóvarobbanások során keletkeznek. A három héliumatom fúziójából létrejövő szén nélkülözhetetlen az élet számára, mivel minden, az életformákat felépítő szerves molekula szénatom köré épül, és csak a köré épülhet. 

A földi életet sokszor nevezik szén alapú életnek, ugyanakkor egyre inkább úgy néz ki, hogy biológiai élet nem is nagyon épülhet más elem köré. Egy, a legéletképesebb alternatívának tűnő szilíciumot vizsgáló, nemrég publikált tanulmány szinte kizárja például szilícium alapú élet lehetőségét. Így tehát a szén keletkezésének pontosabb megértésével feltárul az is, milyen kozmikus folyamatok jelentik az élet kialakulásának alapfeltételét.

A Nature Astronomyban megjelent tanulmányukhoz a kutatók a Hawaii-szigeteki Mauna Kea vulkánon lévő Keck obszervatóriummal gyűjtöttek adatokat 2018 augusztusa és szeptembere között. A teleszkóppal egy, a tejútrendszerben található nyílthalmazban található fehér törpéket vizsgáltak. Ezek a nyílthalmazok néhány ezer csillagból állnak, nagyjából egy időben keletkeztek ugyanabból az óriás-molekulafelhőből, és gravitációs kölcsönhatásban állnak egymással. A vizsgálat során a kutatók megmérték a fehér törpék jelenlegi tömegét, és csillagevolúciós modellek segítségével meghatározták, hogy mekkora lehetett a csillagok eredeti tömege születésükkor, sok milliárd évvel ezelőtt.

„Ez a felfedezés új, szigorú korlátokat szab annak, hogy a galaxisunkban lévő csillagok miként és mikor hozhattak létre szenet, amely bekerült abba az ősanyagba, amelyből a Nap és bolygórendszerünk 4,6 milliárd éve kialakult" – nyilatkozta Jeffrey Cummings, a Johns Hopkins Egyetem Fizikai és Csillagászati tanszékének kutatója, a tanulmány egyik szerzője.

Nagyobb lett a törpe, mint várták

A kezdeti és végleges tömegek összefüggése (IFMR, initial-final mass relation) az asztrofizika egyik alapvető jellemzője, amely a születő csillag és fehér törpe tömegének kapcsolatát állapítja meg. Korábbi kutatások arra jutottak, hogy ez a kapcsolat lineáris növekedést mutat, azaz ha nagyobb volt a születéskor a csillag tömege, a belőle kialakuló fehér törpéé is nagyobb lesz.

A szakemberek azonban azt találták, hogy az általuk vizsgált fehér törpéknek a fenti összefüggés alapján kiszámított tömege nagyobb volt a vártnál, megtörve a korábbi lineáris trendet. Mindez tehát azt jelentheti, hogy galaxisunkban az 1 milliárd évvel ezelőtti csillagok nem 0,6-0,65 naptömegű,  hanem lényegesen nagyobb, 0,7-0,75 naptömegű  fehér törpéket hagytak maguk után.

Ennek a trendnek a megtörése a kutatók szerint a szén szintézisének jelét rejtheti, és megmagyarázhatja, hogyan hozták létre a galaxisunkban található szenet relatíve kis tömegű csillagok. Az életük utolsó fázisában ezek a Napnál közel kétszer nagyobb tömegű csillagok fúziós folyamatok során szénatomokat állítottak elő a magjukban. A szénatomok fokozatosan a csillagok felszínére kerültek, végül a csillagszél a csillag környezetébe juttatta őket. Ennek a szénben gazdag külső régiónak a leválása a szakemberek részletes csillagmodelljei szerint elég lassan zajlott ahhoz, hogy közben a csillag magjának tömege növekedjen, amelyből később a fehér törpe kialakult. További elemzések során arra jutottak, hogy a galaxisunkban lévő szén előállításáért minimum másfélszeres, de inkább kétszeres naptömegű csillagok lehetnek felelősek.

„A kutatás egyik legérdekesebb része, hogy befolyásolhatja az ismert fehér törpék korának meghatározását, amelynek ismerete elengedhetetlen a Tejútrendszer formálódásának megértéséhez is. Emellett a kezdeti és végleges tömegek összefüggése határozza meg a szupernóvák tömegének alsó határát is, ami nagyon fontos a kozmosz vizsgálatához" - nyilatkozta a tanulmány elkészítésében résztvevő Pier-Emmanuel Tremblay, a Warwicki Egyetem kutatója.

A tanulmány vezető szerzője, Paola Marigo, a Padovai Egyetem professzora szerint a kutatás nemcsak a szén keletkezésének módját világítja meg jobban, hanem általában a galaxisok jellemzőinek megértésében is segíthet. A kozmológiai és csillagfejlődési elméleteket egyesítve a szakemberek azt várják, hogy a fényes, szénben gazdag, fejlődési ciklusuk vége felé tartó, a vizsgált fehér törpék elődeihez hasonló csillagok nagyban hozzájárulnak a nagyon távoli galaxisok által kibocsátott fényhez is. Ez a fény a szén színképét is szállítja, így a kutatás hozzájárulhat a kozmosz távoli pontjainak vizsgálata során gyűjtött spektrometriás adatok megfelelő értelmezéséhez is.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: