Międzynarodowy zespół astronomów zaprezentował nowy sposób generowania się aluminium-26 w układach gwiazdowych, w których formują się planety. Dla astronomów tworzenie się tego izotopu jest o tyle istotne, że jego rozpad radioaktywny zapewnia niezbędne źródło ciepła elementom budulcowym tworzących się planet – planetozymalom.
Atomy, takie jak aluminium i jego radioaktywny izotop aluminium-26, pozwalają naukowcom przeprowadzać istne studia archeologiczne Układu Słonecznego. Ich współczesna obfitość może dostarczyć nam ważnych wskazówek dotyczących powstawania naszego układu przed miliardami lat. Astronomowie dyskutują na temat pochodzenia znaczących ilości aluminium-26 we wczesnym Układzie Słonecznym od czasu jego pierwszego wykrycia w meteorycie Allende (1976 r.), a niektórzy sugerowali przy tym nawet, że zostało ono dostarczone w nasze kosmiczne okolice za sprawą energii wybuchów supernowych i/lub wiatrów gwiazdowych. Jednak te scenariusze opierałyby się w dużej mierze na przypadku, bowiem nasze Słońce i jego planety musiałyby uformować się dokładnie w odpowiedniej odległości od masywnych gwiazd, które same w sobie są dość rzadkie.
Zespół zaproponował jednak wyjaśnienie, które nie wymaga dostarczenia zewnętrznego źródła energii. Sugeruje, że aluminium-26 formowało się blisko młodego Słońca, w wewnętrznej części otaczającego go dysku protoplanetarnego. Gdy materiał opadał z wewnętrznej krawędzi tego dysku na Słońce, wytwarzał przy tym fale uderzeniowe, które ostatecznie mogły wygenerować wysokoenergetyczne protony, czyli promieniowanie kosmiczne. Następnie protony te zderzały się z otaczającym je dyskiem, w tym z obecnymi w nim atomami izotopu aluminium-27 i krzemu-28, zmieniając je tym sposobem właśnie w aluminium-26.
Ze względu na bardzo krótki okres półtrwania, wynoszący około 770 000 lat, aluminium-26 musiało uformować się w materii, otaczającej młode Słońce i tworzącej później jego dysk protoplanetarny, raczej na krótko przed kondensacją pierwszej stałej materii w Układzie Słonecznym. Co więcej, izotop ten odgrywa ważną rolę w powstawaniu planet takich jak Ziemia, ponieważ – poprzez swój rozpad radioaktywny – może on dostarczać wystarczającą ilość ciepła do wytworzenia się ciał planetarnych z warstwowymi wnętrzami (takimi jak stałe jądro Ziemi, otoczone płaszczem skalnym i cienką skorupą). Rozpad radioaktywny aluminium-26 pomagał być może również w wysuszaniu wczesnych planetozymali, doprowadzając do tworzenia się skalistych planet stosunkowo ubogich w wodę.
Wydaje się, że aluminium-26 ma dość stały stosunek do izotopu 27 w najstarszych ciałach Układu Słonecznego, czyli kometach i asteroidach. Od czasu jego odkrycia w meteorytach (które są jak gdyby odpryskami asteroid) naukowcy włożyli sporo wysiłku w znalezienie wiarygodnego wyjaśnienia zarówno jego obecności we wczesnym Układzie Słonecznym, jak i stałej proporcji pomiędzy aluminium-26 a aluminium-27. W swych badaniach zespół skupił się teraz na okresie przejściowym podczas formowania się Słońca: czasie, gdy gaz otaczający młodą gwiazdę wyczerpuje się, a ilość gazu spadającego na nią znacznie się zmniejsza. Prawie wszystkie młode gwiazdy przechodzą tę przemianę w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lub setek tysięcy lat swojej formacji.
Podczas formowania się Słońca, spadający gaz podążał zapewne za liniami pola magnetycznego, obecnego na jego powierzchni. To wywołało zdaniem astronomów gwałtowną falę uderzeniową – „szok akrecyjny”, który znacznie przyspieszał promienie kosmiczne. Promienie kosmiczne wypływałyby wówczas na zewnątrz, uderzały w gaz zawarty w dysku protoplanetarnym i ostatecznie wywoływały określane reakcje chemiczne. Naukowcy obliczyli różne modele tego procesu. Zaproponowany przez nich ogólny mechanizm jest ważny dla szerokiego zakresu gwiazd o małej masie, w tym gwiazd podobnych do Słońca. To właśnie w tych układach astronomowie odkrywają większość znanych obecnie egzoplanet – których łącznie znamy już ponad 4000.
Badania zostały opublikowane w bieżącym numerze „The Astrophysical Journal”.
Czytaj więcej:
- Oryginalny artykuł
- Jak nowonarodzone gwiazdy przygotowują się na narodziny planet?
- Oryginalna publikacja naukowa
Źródło: McDonald Observatory
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Wizja układu planetarnego, stanowiącego znacznie młodszą wersją naszego Układu Słonecznego. Uważa się, że pełne kosmicznego pyłu dyski, takie jak ten pokazany na ilustracji, są prawdziwą wylęgarnią planet – w tym globów skalistych, podobnych do Ziemi. Astronomowie pracujący z Kosmicznym Teleskopem Spitzera (NASA) wykryli pewne składniki budulcowe kodu DNA i białek w jednym z takich dysków, otaczającym gwiazdę IRS 46. Składniki te, w tym białko, zwane acetylenem i cyjanowodór, zostały zauważone w wewnętrznym obszarze dysku wokół gwiazdy – rejonie, gdzie, zdaniem naukowców, najprawdopodobniej formowałyby się planety typu ziemskiego. Źródło: NASA.
