Произходът на химичните елементи в нашето тяло
Произходът на химичните елементи в нашето тяло. Ние сме "звезден прах"?
Казват, че всички сме направени от „звезден прах“. Разбира се, в нашето тяло има и вредни бактерии, да не говорим за ръжда, арсен, ... но въпреки това е удивително да се мисли, че материята в нашите клетки идва от някъде от космоса.
Изследователите наскоро откриха облаци от газ и прах в планетарна мъглявина, където изотопите на някои химични елементи са много по-многобройни, отколкото би трябвало да бъдат, което повдига въпроси относно техния произход.
Въз основа на състава на относително младата планетарна мъглявина К4-47, изследователи от Университета в Аризона предложиха нова хипотеза за образуването на атоми, за които се смята, че имат доста екзотичен произход.
Повечето от химичните елементи, отговорни за сложната химия, която е в основата на живота и геологията, са резултат от различни ядрени реакции, които се случват в звездите.
Под действието на гравитацията, достатъчно голямо количество водород неизбежно ще се превърне чрез ядрен синтез в хелий. На свой ред хелийът ще образува по-тежки химикали, като литий.
По-тежки химически елементи, като въглерод и кислород, които са в основата на живота, се произвеждат в ядрата на масивни звезди, които имат маса най-малко осем слънчеви маси по време на своето образуване.
Дори при тези условия някои изотопи на тези химикали се образуват по-трудно от други, като въглерод 13, кислород 17 и азот 15, които имат допълнителен неутрон в ядрото си.
Въпреки че тази разлика може да изглежда незначителна, образуването на такива химични елементи се случва в резултат на експлозии на свръхнова, когато гравитацията на звезда привлича материя в близост до нея, докато звездата внезапно се срути под собственото си тегло.
Поне така мислят учените. Изглежда обаче, че има проблем с тази хипотеза.
"Теоретичните модели, базирани само на девет и свръхнови, никога не биха могли да обяснят количествата N-15 и O-17, които виждаме в метеоритите", каза изследователят Люси Зиурис, която е и водещ автор на изследването.
Изобилието от тежки изотопи в метеоритите, които достигат до Земята, кара учените да търсят други обяснения за създаването на химични елементи, които не се основават единствено на появата на редки астрофизични събития.
След изследвания по тази тема учените откриха в мъглявината K4-47, която се намира на разстояние 15 000 светлинни години, облаци от газ и прах, съдържащи голямо количество въглеродни изотопи.
„Наличието на тези изотопи в мъглявината K4-47 е индикация, че не са ни необходими някакви странни, екзотични звезди, за да обясним техния произход. Изглежда, че дори обикновените звезди могат да ги произведат “, каза Зиурис.
Повечето обикновени звезди, като Слънцето, не завършват с нови експлозии или свръхнова.
Подобно на около 90% от всички звезди, Слънцето постепенно ще изгрява, докато неговата маса се свива, превръщайки се в гигантска червена звезда. По-късно Слънцето ще се превърне в звезда от бяло джудже, след като загуби външната си обвивка.
На този етап от еволюцията на звездите могат да се създадат необходимите условия за образуването на тежки изотопи на химичните елементи.
Тъй като гравитацията вече не може да поддържа външната атмосфера на звездата, хелийът ще продължи да се натрупва в звездното ядро, увеличавайки плътността и температурата му.
Натрупването на хелий трае милиони години, но изведнъж могат да бъдат достигнати условията, необходими за образуването на тежки химически елементи.
След като температурата достигне критична стойност от около 100 милиона градуса по Целзий, хелийът образува въглерод - процес, който освобождава огромно количество енергия.
Атомите на хелий при тези условия няма да действат като газ, а ще се свържат помежду си като в течен океан.
Звездата няма да бъде унищожена от този процес, както в случая на супенова, защото този процес е по-скоро като звездно изригване.
В крайна сметка около 6% от хелия се превръща във въглерод.
Преобладаването на въглеродните изотопи в мъглявината K4-47 също може да бъде обяснено, ако тази мъглявина е резултат от бинарна система от звезди, която се образува в същия газов облак.
Разбирането на произхода на някои изотопи може да даде на астрономите нов начин за изследване на произхода на материята в Слънчевата система.
„Можете да мислите за гранулите, които откриваме в метеоритите, като звездна пепел, останала от изчезването на звездите по време на формирането на Слънчевата система.
Очакваме да намерим такива гранули от образуването на Слънчевата система на астероида Bennu и това изследване ще ни помогне да разберем откъде идва материята от Bennu “, каза Том Зега, съавтор на това проучване.
Това изследване е публикувано в списание Nature.