Походження хімічних елементів у нашому організмі
Походження хімічних елементів у нашому організмі. Ми "зоряний порошок"?
Кажуть, що всі ми створені із «зоряного пилу». Звичайно, у нашому організмі є також шкідливі бактерії, не кажучи вже про іржу, миш’як, ... але навіть незважаючи на це, дивовижно думати, що речовина в наших клітинах прийшла десь із космосу.
Нещодавно дослідники виявили хмари газу та пилу в планетарній туманності, де ізотопів деяких хімічних елементів набагато більше, ніж було б зазвичай, що викликало питання щодо їх походження.
Грунтуючись на складі відносно молодої планетарної туманності К4-47, дослідники Арізонського університету запропонували нову гіпотезу про утворення атомів, які, як вважають, мають досить екзотичне походження.
Більшість хімічних елементів, що відповідають за складну хімію, яка лежить в основі життя та геології, є результатом різних ядерних реакцій, що відбуваються в зірках.
Під впливом сили тяжіння достатньо велика кількість водню неминуче перетворюється шляхом ядерного плавлення в гелій. У свою чергу гелій утворюватиме важчі хімічні речовини, такі як літій.
Більш важкі хімічні елементи, такі як вуглець та кисень, що лежать в основі життя, утворюються в ядрах масивних зірок, які мають масу щонайменше восьми мас Сонця на момент їх утворення.
Навіть за цих умов деякі ізотопи цих хімічних речовин утворюються важче, ніж інші, такі як вуглець 13, кисень 17 та азот 15, які містять додатковий нейтрон у своєму ядрі.
Хоча ця різниця може здатися незначною, утворення таких хімічних елементів відбувається внаслідок вибухів наднової, коли гравітація зірки притягує речовину поблизу, поки зірка раптово не зруйнується під власною вагою.
Принаймні так думають вчені. Однак, здається, проблема з цією гіпотезою є.
"Теоретичні моделі, засновані лише на дев'яти та наднових, ніколи не могли пояснити кількості N-15 і O-17, які ми спостерігаємо в метеоритах", - сказала дослідниця Люсі Зіуріс, яка також є провідним автором дослідження.
Велика кількість важких ізотопів у метеоритах, що досягають Землі, змусило вчених шукати інші пояснення створення хімічних елементів, які не базуються виключно на появі рідкісних астрофізичних подій.
Після досліджень на цю тему вчені виявили в туманності К4-47, яка знаходиться на відстані 15000 світлових років, хмари газу та пилу, що містять велику кількість ізотопів вуглецю.
"Наявність цих ізотопів у туманності К4-47 є свідченням того, що нам не потрібні якісь дивні, екзотичні зірки, щоб пояснити їх походження. Здається, навіть звичайні зірки можуть їх виробляти ", - сказав Зіуріс.
Більшість звичайних зірок, таких як Сонце, не закінчуються новими або вибухами наднової.
Як і близько 90% усіх зірок, Сонце поступово зійде, коли його маса скорочуватиметься, перетворюючись на гігантську червону зірку. Пізніше Сонце стане білою карликовою зіркою після втрати зовнішньої оболонки.
На цьому етапі еволюції зірок можуть бути створені необхідні умови для утворення важких ізотопів хімічних елементів.
Оскільки гравітація більше не може підтримувати зовнішню атмосферу зірки, гелій буде продовжувати злипатися в зоряному ядрі, збільшуючи його щільність і температуру.
Накопичення гелію триває мільйони років, але раптом можуть бути досягнуті умови, необхідні для утворення важких хімічних елементів.
Після досягнення температурою критичного значення близько 100 мільйонів градусів Цельсія гелій утворює вуглець - процес, що виділяє величезну кількість енергії.
Атоми гелію за цих умов не будуть діяти як газ, а будуть зв’язуватися між собою, як у рідкому океані.
В результаті цього процесу зірка не буде знищена, як у випадку з супеновою, оскільки цей процес більше нагадує зоряне виверження.
Врешті-решт, близько 6% гелію перетворюється на вуглець.
Поширеність ізотопів вуглецю в туманності К4-47 також можна пояснити, якби ця туманність була результатом двійкової системи зірок, яка утворилася в тій же газовій хмарі.
Розуміння походження певних ізотопів може дати астрономам новий спосіб вивчення походження речовини в Сонячній системі.
"Ви можете уявити гранули, які ми знаходимо в метеоритах, як зоряний попіл, що залишився від зникнення деяких зірок під час утворення Сонячної системи.
Ми розраховуємо знайти такі гранули при утворенні Сонячної системи на астероїді Бенну, і це дослідження допоможе нам зрозуміти, звідки береться матерія з Бенну ", - сказав Том Зега, співавтор цього дослідження.
Це дослідження було опубліковане в журналі Nature.