A kémiai nyomozás szerint az egyiptomi sivatagban talált kő az Ia típusú szupernóvák eddig egyetlen ismert hírnöke a Földön. E robbanások az univerzum legnagyobb energiájú eseményei közé tartoznak.
Erre a következtetésre jutottak a Hypatia névre keresztelt meteorittal kapcsolatban a Johannesburgi Egyetem kutatói, Jan Kramers, Georgy Belyanin és Hartmut Winkler. További munkatársaikkal együtt az Icarus című szakfolyóiratban publikálták eredményeiket – közli az Origo.
Belyanin és Kramers 2013 óta foglalkoznak a Hypatiával, és a kő egy apró töredékét vizsgálgatva számos igen szokatlan kémiai nyomra bukkantak.
Fáradságos munkával kizárták a többi lehetséges hipotézist a Hypatia eredetére nézve. A történet, amelyet rekonstruáltak, a Naprendszer keletkezésének korai állapotáig tekint vissza, amikor a Nap, a Föld és a Naprendszer többi bolygója még mind kialakulóban voltak.
Kozmikus idővonal
A Hypatia származására vonatkozó teóriájuk egy csillaggal kezdődik, méghozzá egy vörös óriással, amely fehér törpévé roppant össze. Az összeomlás a feltevések szerint egy hatalmas csillagköd, más néven nebula belsejében ment végbe.
A fehér törpe egy másik csillaggal alkotott kéttagú – bináris – csillagrendszert, és fokozatosan elszippantotta a másik csillag anyagát, mígnem a kisgömböcként felhízott törpe Ia típusú szupernóvaként felrobbant a csillagköd belsejében.
A robbanást követő lehűlési fázisban a szupernóvából megmaradt gázatomok elkezdtek hozzátapadni a csillagköd porrészecskéihez. „Bizonyos értelemben azt mondhatjuk, hogy amit a kezünk közé fogunk, az maga a tetten ért Ia típusú szupernóva, hiszen a robbanásból származó gázatomokat felfogta a környező porköd, s a Hypatia teste ebből a ködből formálódott” – magyarázza Kramers.
A szupernóvából származó gáz-por-elegy egy óriási buborékja sosem érintkezett más csillagközi anyaggal. Évmilliók alatt aztán a buborék pora lassan szilárd anyaggá állt össze, valahogy úgy, ahogy a közönséges porból porcicák formálódnak. A Hypatia „anyateste”, ahogy a csillagászok nevezik, valamikor a mi Naprendszerünk kialakulásának kezdeti szakaszában válhatott szilárd kőzetté. A folyamat valószínűleg a Naprendszer valamelyik hideg és eseménytelen régiójában – talán az Oort-felhőben vagy a Kuiper-övben – játszódott le.
A Hypatia anyateste egy ponton a Föld felé vette az irányt. A Föld légkörébe való belépéskor keletkező hő, valamint a délnyugat-egyiptomi Nagy-homoktengerbe való becsapódás erejének hatására mikrogyémántok alakultak ki a kő belsejében, amelyek szétrepesztették az anyakőzetet. A sivatagban talált Hypatia valószínűleg csak egy az eredeti becsapódó objektum számos töredéke közül.
„Ha helyes a feltevésünk, akkor a Hypatia az Ia típusú szupernóvák első kézzelfogható bizonyítéka a Földön. S ami talán ugyanennyire fontos, a kő arra is bizonyítékot nyújt, hogy a Naprendszeren kívüli űrből származó rendellenes portömeg beépülhetett a Naprendszert alkotó nebulába anélkül, hogy teljes egészében átkeveredett volna vele” – szögezi le Kramers.
Hárommillió volt a parányi mintának
A kutatók többféle technikát vetettek be a Hypatia elemzésére, hogy visszakövetkeztessék a különös kő kialakulásának idővonalát. 2013-ban egy argonizotópokat érintő vizsgálat kimutatta, hogy a kő nem lehet földi eredetű. A töredék nemesgáztartalmának 2015-ös elemzése pedig bizonyította, hogy egyik ismert meteorit- vagy üstököstípushoz sem tartozik. 2018-ban a johannesburgi csoport további elemzéseket tett közzé, egyebek mellett arról, hogy a kőben kimutattak egy olyan ásványt, a nikkel-foszfidot, amelyet semmilyen naprendszerbeli objektumban nem találtak meg korábban.
A Hypatia további analízise ezek után megfeneklett, mert azokat a nyomnyi mennyiségű fémeket, amelyeket Kramers és Belyanin kerestek, az akkori berendezésükkel nem lehetett elég részletesen tanulmányozni. Erőteljesebb műszerre volt szükségük, amely mindazonáltal nem pusztítja el az apró mintát. Kramers egy olyan adatsort kezdett tanulmányozni, amelyet Belyanin még 2015-ben állított elő egy protonnyaláb-berendezés segítségével. A hárommillió voltos feszültséggel ketyegő masinát a dél-afrikai Somerset Westben található iThemba Labs munkatársa, Dr. Wojciech Przybylowicz üzemeltette.
„Nem annyira a Hypatia megszámlálhatatlan különlegességét akartuk feltárni, mint inkább az egészet összefogó egységet. Arra voltunk kíváncsiak, hogy látunk-e valamilyen következetes kémiai mintázatot a kő anyagában” – meséli Kramers. Belyanin nagy gonddal kiválasztott 17 elemzendő pontot az apró minta felszínén, amelyek mind kellőképpen távol estek a becsapódás keltette résekben kialakult földi ásványdaraboktól. „A proton-mikroszonda segítségével 15 elemet sikerült a korábbinál jóval nagyobb pontossággal meghatároznunk. Ezzel összeállt a kémiai összetevők listája, amit kerestünk, így Jan megkezdhette az összes adat elemzésének folyamatát” – ismerteti Belyanin.
A protonnyaláb is kizárja a naprendszerbeli eredetet
A protonnyaláb-elemzésből származó első fontos adat, a szilícium, meglepően alacsony mennyisége volt a Hypatia mintájában. A szilícium, valamint a króm és a mangán szintje kevesebb mint 1%-a volt annak, amit egy a mi Naprendszerünkben kialakult objektumtól várnánk. Emellett viszont feltűnően magas és rendellenes volt a mintában a vas, a kén, a foszfor, a réz és a vanádium aránya – teszi hozzá Kramers.
„A nyomelemek részarányának olyan következetes mintázatára bukkantunk, amely markánsan különbözik bármilyen naprendszerbeli objektumétól, tükrözve akár a Naprendszer eredeti vagy leszármaztatott állapotát. Ez az összetétel az aszteroidaöv objektumaival és a meteorokkal sem kompatibilis. Ezért elkezdtünk a Naprendszeren kívülre tekinteni” – emlékszik vissza a kutató.
Nem a közelből
Kramers ezt követően a Hypatia elemösszetételét összevetette azzal a mintázattal, amit akkor várnánk, ha egy objektum a Tejútrendszer minket is tartalmazó karján keletkezett volna a csillagközi porból.
„Ellenőriztük, hogy az átlagos csillagközi por elemösszetétel-mintázata a Tejútrendszer „hazai” karján összevethető-e a Hypatiáéval, de ismételten semmiféle hasonlóságot nem tapasztaltunk” – erősíti meg Kramers.
A protonnyaláb-adatok tehát eddigre már a Hypatia négyféle lehetséges eredetét kizárták:
Nem egy vörös óriásból, sem II-es típusú szupernóvából
A következő legegyszerűbb magyarázat a Hypatia elemi összetételére nézve az lett volna, hogy a kő egy vörös óriáscsillagból érkezett. A vörös óriások meglehetősen közönségesek az univerzumban. Azonban a protonnyaláb-adatok ezt az eredetet is kizárták, ugyanis egy vörös óriás anyagához képest a Hypatia túl sok vasat, ugyanakkor túl kevés szilíciumot és vasnál nehezebb elemet tartalmaz.
Már nem sok jelölt maradt versenyben; egyik volt közülük a II-es típusú szupernóva. A II-es típusú szupernóvák kétségtelenül sok vasat főznek, és ez a típusú szupernóva-robbanás nem is túl ritka. Ám a protonnyaláb-elemzéssel zajló kémiai nyomozás ezt a gyanúsítottat is elvetette: részint a szilíciumhoz és kalciumhoz viszonyítva túl sok vas volt a Hypatia mintáiban, részint a nikkel-foszfid és más különös ásványok jelenlétét a II-es típusú szupernóva nem magyarázta volna.
A nehézfémek forrása
A ritkább Ia típusú szupernóva szintén sok vasat termel. Ilyen esemény évszázadonként csak egy-két alkalommal történik egy galaxisban, az univerzumban található vas nagy része mégis ezekből a robbanásokból ered. Ami acélunk van a Földön, azt javarészt Ia típusú szupernóváknak köszönhetjük. Továbbá az is ismeretes korábbi kutatásokból, hogy az Ia típusú szupernóvák nagyon speciális ujjlenyomatot hagynak hátra a kémiai nyomozás számára, ami az eseményt létrehozó sajátos körülményekből következik.
Először is egy élete végén járó vörös óriáscsillag apró és nagyon sűrű fehér törpévé roppan össze. A fehér törpék általában hosszú időtávokon nézve is hihetetlenül stabilak, és egyáltalán nem hajlamosak felrobbanni. Mégis van egy kivétel ez alól a szabály alól. A fehér törpe ugyanis elkezdhet anyagot átszipkázni egy tárcsillagról, amellyel bináris rendszert alkot.
Az Ia típusú szupernóva-robbanások során fellépő magfúziós folyamatok az elfogadott tudományos elméletek szerint rendkívül szokatlan elemiösszetétel-mintázatot eredményeznek. Azt is tudjuk, hogy az a szupernóva-robbanás, amely a fehér törpe anyagát szétdobja, nem egyszerűen darabokra, hanem egyenesen atomokra szaggatja a csillagot. Az Ia szupernóvák gázatomok formájában szórják szét anyagukat a világűrbe.
„Az Ia típusú szupernóvákból származó mérési adatok és elméleti modellek a vasnak a szilíciumhoz és kalciumhoz viszonyított jóval magasabb arányát mutatják, mint a II-es típusú szupernóvák esetében – hangsúlyozza Kramers. „Ebben az értelemben a Hypatián végzett protonnyaláb-mérések az Ia típusú szupernóvák mérési adataival és modelljeivel egybevágnak.” A 15 vizsgált elemből 8-nak – a szilíciumnak, a kénnek, a kalciumnak, a titánnak, a vanádiumnak, a krómnak, a mangánnak és a nikkelnek – a vashoz viszonyított aránya a modellek által jósolt tartományba esik. A maradék elemek közül 6-nak – az alumíniumnak, a foszfornak, a klórnak, a káliumnak, a réznek és a cinknek – a vashoz viszonyított aránya a jósoltnál 10-100-szor magasabb. „Mivel minden fehér törpe egy haldokló vörös óriásból származik, a Hypatia e hat elem arányát átörökölhette a vörösóriás-állapotból. Ezt a jelenséget más kutatók is megfigyelték már fehér törpéken” – érvel Kramers.
A Hypatia tehát minden valószínűség szerint a világegyetem egyik legvehemensebb eseményének tanúköve a Földön, és olyan kozmikus történetet mesél el, amely a naprendszer kialakulásakor kezdődött.
Forrás:karpatinfo.net
Tovább a cikkre »
