“Svi smo napravljeni od zvjezdane tvari”, glasila je poznata rečenica Carla Sagana kojom je sažeo spoznaju da su kemijski elementi u ljudskom tijelu nastali u unutrašnjosti masivnih zvijezda i njihovim eksplozijama.
No ta izjava nikada nije nudila odgovor na ključno pitanje: kako je materijal nastao u supernovama zapravo dospio do Zemlje. Nova znanstvena studija tima koji predvodi Martin Bizzarro sa Sveučilišta u Kopenhagenu predlaže da taj prijenos nije ostvarila “zvjezdana prašina”, kako se dugo pretpostavljalo, nego ledene čestice koje su putovale međuzvjezdanim prostorom. Autori pritom ističu i važne posljedice za razumijevanje nastanka planeta, uključujući mogućnost da je Zemlja nastala postupnim nakupljanjem sitnog materijala, a ne nasilnim sudarima velikih protoplaneta.
Carl Sagan je još prije desetljeća sažeo temeljnu spoznaju moderne astrofizike rečenicom: “Svi smo napravljeni od zvjezdane tvari.” Prevladavajuće tumačenje pritom je polazilo od pretpostavke da su izotopi nastali u eksplozijama masivnih supernova do unutarnjeg Sunčeva sustava stigli na sitnim zrncima prašine, koja su se tijekom vremena ugrađivala u tijela poput Zemlje, a posredno i u biološke sustave.
U središtu nove analize nalazi se cirkonij, element rijetko prisutan u popularnim prikazima kozmokemije, ali iznimno vrijedan za ovakva istraživanja. Njegov izotop Zr-96 nastaje isključivo u supernovama, zbog čega predstavlja pouzdan trag materijala iz takvih eksplozija. Bizzarro i njegov tim stoga su se usredotočili na pitanje gdje je Zr-96 smješten unutar meteorita i u kojem je dijelu njihove građe najzastupljeniji.
Trag iz supernove u dijelu meteorita koji se veže uz vodu
Istraživači su uzeli uzorke širokog raspona tipova meteorita i izložili ih slaboj octenoj kiselini. Takav postupak otapa materijal povezan s vodom, uključujući gline, dok tvrda “stjenovita” zrnca koja čine tijelo meteorita ostaju netaknuta. Zatim su izmjerili koncentracije Zr-96 u dijelu meteorita koji se otopio u kiselini, kao i u preostalom stjenovitom ostatku.
Rezultat je bio izražen i brojčano jasan. Koncentracije Zr-96 bile su do 5.000 ppm veće u dijelu uzoraka koji se otopio u kiselini nego u stjenovitom dijelu meteorita. Autori to tumače kao snažan pokazatelj da je led bio glavni mehanizam prijenosa materijala iz supernova kroz međuzvjezdani prostor. Prema tom tumačenju, supernova ne izbacuje isključivo krute čestice nalik “zvjezdanoj prašini”, nego se dio materijala atomizira i može se izravno ugraditi u ledene čestice koje potom putuju međuzvjezdanim medijem.
Posljedice za modele nastanka planeta
Takav mehanizam ima izravne posljedice za modele nastanka planeta. Što se planet formira bliže svojoj zvijezdi, to je vjerojatnije da će ledena zrnca koja nose ostatke supernova izgubiti led zbog zagrijavanja. Zbog toga bi unutarnji planeti, poput Zemlje, Venere i Merkura, trebali biti siromašni izotopima nastalima u supernovama. Suprotno tome, planeti dalje od Sunca, poput Urana ili Neptuna, trebali bi biti bogatiji takvim izotopima.
Autori navode da se dobiveni rezultati uklapaju u tzv. liniju miješanja Sunčeva sustava. Prema tom obrascu, s porastom udaljenosti od Sunca sustavno se mijenja udio izotopa nastalih u supernovama, pri čemu odnos pokazuje linearan trend. Takva linearnost očekivana je ako je glavni mehanizam gubitak ledenih nosača, jer se prema unutarnjim dijelovima sustava povećava količina materijala koji je izgubio svoj ledeni omotač.
Analiza zatim ide korak dalje prema pitanju kako je nastala Zemlja. Zemlja je, prema podacima, relativno siromašna Zr-96, osobito u usporedbi s asteroidima čiji su uzorci korišteni u istraživanju. Iz toga slijedi implikacija da bi Zemlja, da je nastala uglavnom sudarima asteroida, bez obzira na njihovu veličinu, vjerojatno zadržala višu koncentraciju tog izotopa.
Prema modelu akrecije sitnih čestica, materijal bogat ledom postupno se kretao prema unutarnjim dijelovima protoplanetarnog diska, gdje je zbog viših temperatura dolazilo do sublimacije leda. Ako je izotop Zr-96 bio vezan uz taj ledeni udio, tada se s gubitkom leda gubio i sam izotop, zbog čega Zemlja nije akumulirala njegove veće količine. Autori navode da upravo takav obrazac odgovara izmjerenim vrijednostima te dodatno podupire zaključak da je Zemlja nastala akrecijom sitnog materijala koji je tijekom zagrijavanja izgubio izotope podrijetlom iz supernova, a ne spajanjem većih asteroida ili planetesimala koji bi te izotope učinkovitije zadržali.
Najstariji materijali u Sunčevom sustavu
U radu se ističe i još jedan rezultat vezan uz kalcij-aluminijem bogate inkluzije, poznate kao CAI, koje spadaju među najstarije materijale u Sunčevu sustavu. Kada su istraživači analizirali CAI u meteoritima, razine Zr-96 pokazale su velike razlike. Neke inkluzije sadržavale su mnogo Zr-96, a neke vrlo malo. To, prema autorima, upućuje na nastanak u vrlo različitim okruženjima, vjerojatno u različitim dijelovima protoplanetarnog diska koji je postojao prije formiranja planeta.
Autori nadalje predlažu da je, nakon što je Zr-96 u ranom protoplanetarnom disku bio odvojen od čestica prašine, došlo do vertikalne stratifikacije diska. U takvom rasporedu lakše plinovite komponente bile bi raspodijeljene prema višim slojevima diska, dok bi se teža zrnca prašine koncentrirala bliže njegovoj središnjoj ravnini. Kalcij-aluminijem bogate inkluzije mogle su se formirati u oba područja, pri čemu bi njihov sadržaj Zr-96 ovisio o visini sloja u kojem su nastale.
Na kraju, autori naglašavaju da su oba predložena objašnjenja poticajna, ali da traže dodatne provjere i daljnja istraživanja. Ako se pokažu točnima, ovaj bi se rad mogao promatrati kao važna prekretnica i u kemiji prije nastanka planeta i u teoriji planetarne formacije. Neovisno o tome hoće li se zaključci potvrditi, temeljna poruka ostaje ista, materijal od kojeg su građena tijela u Sunčevu sustavu nosi tragove eksplozija masivnih zvijezda, a novo je da bi taj trag, barem dijelom, mogao biti prenesen ledom, a ne prašinom
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
