Nova kemijska 'forenzika' ukazuje da bi svemirski kamen po imenu Hypatia iz egipatske pustinje mogao biti prvi opipljivi dokaz pronađen na Zemlji o eksploziji supernove tipa 1A. Ove rijetke supernove jedni su od najsnažnijih događaja u svemiru.
Zaključak je to nove studije objavljene u znanstvenom časopisu Icarus, koju su proveli Jan Kramers, Georgy Belyanin i Hartmut Winkler sa Sveučilišta u Johannesburgu, zajedno s drugim znanstvenicima.
Od 2013. Belyanin i Kramers otkrili su niz vrlo neobičnih kemijskih tragova u malom fragmentu Hypatijinog kamena. U novom istraživanju eliminiraju 'kozmičke sumnjivce' za podrijetlo kamena u mukotrpnom procesu. Sastavili su vremensku liniju koja se proteže do ranih faza formiranja Zemlje, našeg Sunca i drugih planeta u našem Sunčevom sustavu.
Eksplozija supernove uhvaćena "na djelu"
Njihova hipoteza o Hypatijinom podrijetlu počinje zvijezdom, odnosno propadanjem zvijezde crvenog diva u zvijezdu bijelog patuljka. Takvo propadanje se dogodilo unutar gigantskog oblaka prašine, koji se naziva i maglica.
Nastali bijeli patuljak našao se u binarnom sustavu s drugom zvijezdom. Zvijezda bijelog patuljka na kraju je i 'pojela' tu drugu zvijezdu. U nekom trenutku 'gladni' bijeli patuljak eksplodirao je kao supernova tipa Ia unutar navedenog oblaka prašine. Nakon hlađenja, atomi plina koji su ostali od supernove Ia počeli su se lijepiti za čestice oblaka prašine.
U određenom smislu možemo reći da smo "uhvatili" eksploziju supernove Ia "na djelu", jer su atomi plina iz eksplozije uhvaćeni u okolni oblak prašine, koji je na kraju formirao Hypatijino izvorno tijelo, ističe Kramers.
Ogroman 'mjehur' te mješavine atoma prašine i plina supernove nikada nije stupio u interakciju s drugim oblacima prašine. Nakon milijuna godina, taj bi mjehur polako postao čvrst. Hypatijino izvorno tijelo postalo bi čvrsta stijena neko vrijeme u ranim fazama formiranja našeg Sunčevog sustava.
Taj se proces vjerojatno dogodio u hladnom vanjskom dijelu našeg Sunčevog sustava – u Oortovom oblaku ili u Kuiperovom pojasu. U nekom trenutku, Hypatijina matična stijena počinje juriti prema Zemlji. Toplina ulaska u Zemljinu atmosferu, u kombinaciji s pritiskom udara u Velikom pješčanom moru u jugozapadnom Egiptu, stvorila je mikrodijamante i razbila matičnu stijenu.
Kamen Hypatija pronađen u pustinji mora biti jedan od mnogih fragmenata tog izvornog udarca.
Ako je ova hipoteza točna, kamen Hypatia bi bio prvi opipljivi dokaz na Zemlji o eksploziji supernove tipa Ia. Možda jednako važno, pokazuje da bi se pojedinačni anomalijski komad prašine iz svemira zapravo mogao ugraditi u solarnu maglicu od koje je nastao naš Sunčev sustav, a da se u nju ne umiješa u potpunosti. To se kosi s konvencionalnim stajalištem da je prašina od koje je nastao naš Sunčev sustav, bila temeljito pomiješana, ističe Kramers.
Tri milijuna volti za mali uzorak
Kako bi sastavili vremensku liniju mogućeg formiranja Hypatije, znanstvenici su koristili nekoliko tehnika za analizu tog čudnog kamena.
Godine 2013. studija izotopa argona pokazala je da ta stijena nije nastala na Zemlji. Porijeklo je moralo biti izvanzemaljsko. Studija plemenitih plinova u fragmentu iz 2015. godine pokazala je da možda nije ni iz jedne poznate vrste meteorita ili kometa.
Godine 2018. tim sa Sveučilišta u Johannesburgu objavio je različite analize, koje su uključivale otkriće minerala, nikal-fosfida, koji prije nije pronađen ni u jednom objektu u našem Sunčevom sustavu. U toj je fazi Hypatiju bilo teško dalje analizirati. Metali u tragovima koje su Kramers i Belyanin tražili, nisu se mogli 'detaljno vidjeti' s opremom koju su imali. Trebao im je moćniji instrument, ali koji neće uništiti mali uzorak.
Kramers je počeo analizirati skup podataka koji je Belyanin stvorio nekoliko godina prije.
Godine 2015. Belyanin je napravio seriju analiza na protonskoj zraki od tri milijuna volti u laboratoriju iThemba u Somerset Westu.
U potrazi za objedinjujućim uzorkom
Umjesto da istražujemo sve nevjerojatne anomalije koje Hypatia predstavlja, htjeli smo istražiti postoji li jedinstveni temelj. Htjeli smo vidjeti postoji li neka vrsta dosljednog kemijskog uzorka u kamenu, pojašnjava Kramers.
Belyanin je pažljivo odabrao 17 meta na malom uzorku za analizu. Svi su odabrani tako da budu daleko od zemaljskih minerala koji su nastali u pukotinama izvorne stijene nakon udara u pustinju.
Identificirali smo 15 različitih elemenata u Hypatiji s mnogo većom preciznošću i točnošću, s protonskom mikrosondom. Time smo dobili kemijske ‘sastojke’ koji su nam bili potrebni, tako da je Jan mogao započeti sljedeći proces analize svih podataka, kaže Belyanin.
Protonska zraka eliminirala Sunčev sustav kao Hypatijino porijeklo
Prvi veliki novi trag iz analize protonske zrake bila je iznenađujuće niska razina silicija u kamenim metama Hypatije. Silicij, zajedno s kromom i manganom, bilo je razine manje od 1 posto, od onog što se očekuje da se formira u unutrašnjosti Sunčevog sustava.
Nadalje, visoka količina željeza, sumpora, fosfora, bakra i vanadija bila je upadljiva i anomalijska, dodaje Kramers.
Pronašli smo dosljedan obrazac obilja elemenata u tragovima koji je potpuno drugačiji od bilo čega u Sunčevom sustavu, primitivnom ili evoluiranom. Objekti u asteroidnom pojasu i meteori također ne odgovaraju ovome. Dakle, sljedeće smo pogledali izvan Sunčevog sustava, kaže Kramers.
Nije ni iz našeg susjedstva
Kramers je usporedio uzorak koncentracije elementa Hypatije s onim što bi se očekivalo vidjeti u prašini između zvijezda u našem solarnom susjedstvu.
Tražili smo da vidimo odgovara li uzorak koji dobivamo od prosječne međuzvjezdane prašine u našem kraku galaksije Mliječne staze onome što vidimo u Hypatiji. Opet, nije bilo nikakve sličnosti, kaže Kramers.
U ovom trenutku, podaci protonske zrake također su isključili četiri 'osumnjičenika' gdje se Hypatia mogla formirati. Hypatija nije nastala na Zemlji, nije bila dio nijedne poznate vrste kometa ili meteorita, nije nastala od prosječne prašine unutarnjeg Sunčevog sustava, kao ni od prosječne međuzvjezdane prašine.
Nije crveni div
Sljedeće najjednostavnije moguće objašnjenje za obrazac koncentracije elemenata u Hypatiji bila bi zvijezda takozvani crveni div. Crvene divovske zvijezde uobičajene su u svemiru.
No, podaci protonske zrake isključili su i odljev mase iz zvijezde crvenog diva: Hypatia je imala previše željeza, premalo silicija i preniske koncentracije teških elemenata težih od željeza.
...niti supernova tipa II
Sljedeći 'osumnjičeni' kojeg je trebalo razmotriti bila je supernova tipa II. Supernove tipa II sadrže puno željeza te su isto tako relativno čest tip supernove.
No, "kemijska forenzika" temeljena na podacima dobivenim protonskim zrakama isključila je i tu vrstu supernove kao porijeklo Hypatije. Supernova tipa II bila je vrlo malo vjerojatna kao izvor čudnih minerala, poput nikal fosfida u Hypatiji. U Hypatiji je isto tako bilo i previše željeza u odnosu na silicij i kalcij.
Na koncu, bilo je vrijeme da se pomno ispita predviđena kemija jedne od najdramatičnijih eksplozija u svemiru.
Supernova 1A - tvornica teških metala
Jedna rjeđa vrsta supernove također stvara mnogo željeza. Supernove tipa Ia događaju se samo jednom ili dvaput po galaksiji u stoljeću, no proizvode većinu željeza (Fe) u svemiru. Većina čelika na Zemlji je nekoć bila element željeza stvoren u eksplozijama Ia supernovi.
Također, etablirana znanost kaže da neke Ia supernove ostavljaju vrlo osebujne tragove 'forenzičke kemije' za sobom. To je zbog načina na koji su neke Ia supernove postavljene.
Prvo, zvijezda crvenog diva na kraju svog života propada u vrlo gustu zvijezdu bijelog patuljka. Bijeli patuljci obično su nevjerojatno stabilni kroz vrlo duga razdoblja i malo je vjerojatno da će eksplodirati. Međutim, postoje iznimke.
Bijeli patuljak mogao bi početi 'povlačiti' materiju s druge zvijezde u binarnom sustavu, odnosno mogao bi "pojesti" svoju zvijezdu pratilju. Na kraju bijeli patuljak postane toliko težak, vruć i nestabilan da eksplodira u supernovi 1A.
Nuklearna fuzija tijekom eksplozije supernove Ia trebala bi stvoriti vrlo neobične obrasce koncentracije elemenata, koje predviđaju prihvaćeni znanstveni teorijski modeli.
Također, bijeli patuljak koji eksplodira u supernovi Ia nije samo raznesen u komadiće, već doslovno raznesen u atome. Materija supernove Ia isporučuje se u svemir u obliku atoma plina.
U opsežnoj literaturi podataka o zvijezdama i rezultatima modela, tim nije mogao identificirati bilo kakav sličan ili bolji kemijski spoj za Hypatiju od specifičnog skupa modela supernove 1A.
Ako je teorija točna - imamo opipljiv dokaz
Svi podaci o supernovi Ia i teorijski modeli pokazuju mnogo veće udjele željeza u usporedbi sa silicijem i kalcijem nego modeli supernove II. U tom pogledu, laboratorijski podaci protonske zrake na Hypatiji odgovaraju podacima i modelima supernove 1A, kaže Kramers.
Sveukupno, osam od 15 analiziranih elemenata u skladu je s predviđenim rasponima udjela u odnosu na željezo. To su elementi silicij, sumpor, kalcij, titan, vanadij, krom, mangan, željezo i nikal.
Ipak, svih 15 analiziranih elemenata u Hypatiji ne odgovara predviđanjima. U šest od 15 elemenata, udjeli su bili između 10 i 100 puta veći od raspona predviđenih teorijskim modelima za supernove tipa 1A. To su elementi aluminij, fosfor, klor, kalij, bakar i cink.
Budući da je bijeli patuljak stvoren od umirućeg crvenog diva, Hypatia je mogla naslijediti ove proporcije elemenata za šest elemenata od zvijezde crvenog diva. Taj je fenomen opažen kod bijelih patuljaka u drugim istraživanjima, pojašnjava Kramers.
Ako je ova hipoteza točna, kamen Hypatia bi bio prvi opipljivi dokaz na Zemlji o eksploziji supernove tipa 1A, jednom od najsnažnijih događaja u svemiru. Hypatia bi time bila trag kozmičke priče započete tijekom ranog formiranja našeg Sunčevog sustava, pronađena puno godina kasnije u zabačenoj pustinji na Zemlji.
Izvor: EurekAlert
