Szupernóvákból lett a csontjainkban és fogainkban rejlő kalcium

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

A csontokban és fogakban megtalálható kalcium nagy eséllyel csillagok végső nagy robbanásaiból, azaz szupernóvákból származhat, amelyek hatalmas mennyiségben szórták tele az univerzumot ezzel az puhafémmel – legalábbis erre enged következtetni az Astrophysical Journal folyóiratban szerdán közzétett tanulmány. 

A tanulmány következtetése megerősíti Carl Sagan legendás amerikai csillagász elméletét, miszerint mindannyian csillagok gyermekei vagyunk.

Az univerzumban fellelhető kalcium mintegy fele a puhafémben gazdag szupernóvákból származhat. Ilyen típusú szupernóvák azonban rendkívül ritkán fordulnak elő, épp ezért a kutatók eddig nem igazán figyelhették meg és elemezhették a jelenséget, és eddig az is kevéssé volt világos, hogyan keletkezik a természetben csak vegyületként létező kalcium.

Amatőr csillagász óriási megfigyelése

A jelen tanulmányhoz a Northwestern Egyetem vezetésével 15 ország csaknem hetven kutatója fogott össze a Föld 15 országából, mégpedig az után, hogy Joel Shepherd amatőr csillagász 2019 áprilisában szokatlan, fényes kitörést figyelt meg a Messier 100 nevű spirálgalaxisban, 55 millió fényévnyire innen. Teleszkópjával egy világos narancssárga pontot is észrevett, mielőtt értesítette volna felfedezéséről a csillagász közösséget. Az esemény az SN2019ehk nevet kapta.

A Northwestern Egyetemről távolról hozzáférhető obszervatóriumok – a NASA Föld körül keringő Neil Gehrels Swift Obszervatóriuma, a kaliforniai Lick Obszervatórium, valamint a hawaii W.M. Keck Obszervatórium – teleszkópjai mind a ritka látvány felé fordultak. Míg a Keck optikai fényben vizsgálta a kitörést, addig a Kaliforniai Egyetem (Santa Barbara) végzős diákja, Daichi Hiramatsu a Swift-obszervatóriumól röntgensugarakkal és ultraibolya fényben tanulmányozta a jelenséget.

Mindez igen gyorsan, Shepherd megfigyelése után tíz órán belül történt, a robbanás által kibocsátott röntgensugarak pedig csak öt napig voltak láthatók. „A robbanás után közvetlenül megfigyelhető szupernóvák nagy dolognak számítanak most a csillagászatban, mert ha valamit ilyen korán sikerül elkapni, az sokat elárul a csillag utolsó, robbanás előtti pillanatairól is” – magyarázta a szerzők egyike, Wynn Jacobson-Galan a Northwestern Egyetem végzős diákja.

Kalciumgyár szupernóvák

A tünékeny röntgensugarak izgalmas új következtetésekre adtak lehetőséget. A robbanás előtti hónapokban más csillagokról származó anyag rakódott rétegekben a később szétrobbanó csillagra. A röntgensugarakat az váltotta ki, hogy a szétrobbanó csillag erőteljesen ütközött a felszínről kilökődött anyagrétegekkel, ezáltal nagy energiájú fotonok törtek ki ragyogó fénnyel – mondta Jacobson-Galan.

A robbanás óriási hője és az általa kiváltott hatalmas nyomás idézi elő azt a kémiai reakciót, amelynek eredménye a Földön jól ismert elem, a kalcium. A csillagok általában csak minimális mennyiségű kalciumot állítanak elő, miközben elégetik a héliumot, ám amikor kalciumban gazdag szupernóva fordul elő, az anyagból irdatlan mennyiség lökődik ki az űrbe mindössze néhány másodperc alatt.

„A robbanás igyekszik lehűlni, túl akar adni az energiáján, és a kalciumkibocsátás igen hatékony módszer erre” – mondta Raffaella Margutti fizikus, a tanulmány szenior szerzője, a Northwestern Weinberg intézetének egyetemi adjunktusa. 

Kepler szupernóvája nem gyártott kalciumotFotó: Wikimedia Commons

A robbanás által létrehozott forró anyaggömb szeretne egyensúlyba kerülni a környezetével. A kalciumban gazdag szupernóvák épp elég kalciumot állítanak elő a robbanás során ahhoz, hogy hatékony fotonkibocsátó eszköz jöjjön létre, a fotonok pedig cserébe hőt szabadítanak fel. A természet a legkisebb ellenállás útját választja, a kalcium pedig, ha elegendő mennyiségben jelen van a szupernóvában, pontosan ezt az utat kínálja – mondta Jacobson-Galan.

Az amatőr csillagász által megfigyelt eseményben a legtöbb kalcium keletkezett, amit valaha megfigyeltek. „Nemhogy kalciumban gazdag volt, hanem kalciumban szupergazdag!” – fogalmazott Magrutti.

Könnyebb csillagok robbanása termelheti a kalciumot

A Hubble Űrteleszkóp már 25 éve pásztázza a Messier 100 galaxist, de soha nem vett észre hasonlót. A kutatócsoportot az is lelkesíti, hogy a robbanás nélkül nem is lehetne tudni, hogy valaha volt ott valami. Könnyen lehet, hogy a szokásos szupernóváktól eltérően ezúttal nem óriási tömegű csillag, hanem fehér törpe, egy már elpusztult csillag magja, vagy valamilyen kis tömegű csillag robbant fel. 

Elképzelhető, hogy általában azok a szupernóvák válnak kalciumban gazdaggá, amelyek az előbbi okból a Földről kevésbé láthatók, ez is teszi olyan jelentőssé Shepherd felfedezését, illetve a nemzetközi kutatócsoport megfigyeléseit. Jacobson-Galan szerint azonban a jövő teleszkópos megfigyelései több ilyet nyomon követhetnek majd.

A kutatás eredménye arra utal, hogy az ilyen típusú robbanásban megsemmisülő csillagok valamiféle instabil állapoton mennek át, amely a csillag külső rétegeinek kilökődését váltja ki a robbanás előtt. A következő kutatásban a tudósok azt vizsgálják majd, milyen további stációk követik a szupernóvát a robbanás után, és ebben szeretnének továbbra is a kalciumban gazdag szupernóvák kibocsátotta röntgensugarakra koncentrálni – mivel ilyet még nem látott az emberiség.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: