Kozmičke zrake nastale u udarnim valovima supernova mogle bi pružiti uvjerljivije i općenitije objašnjenje prisutnosti kratkoživućih radioaktivnih elemenata, poput aluminija-26, u ranom Sunčevu sustavu, elemenata koji su imali ključnu ulogu u toplinskoj evoluciji stjenovitih planeta. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Science Advances astrofizičar Ryo Sawada sa Sveučilišta u Tokiju i njegovi suradnici pokazuju da se potrebne količine tih izotopa mogu stvarati i bez rijetkog, precizno pogođenog izravnog ubacivanja materijala iz supernove u protoplanetarni disk.
Planetarni znanstvenici već desetljećima polaze od ideje da je rani Sunčev sustav bio obogaćen kratkoživućim radioaktivnim elementima, među njima aluminijem-26, zahvaljujući obližnjoj supernovi. Takvi su izotopi imali važnu ulogu u nastanku stjenovitih planeta siromašnih vodom, poput Zemlje, jer je njihovo radioaktivno raspadanje zagrijavalo mlade planetezimale. Povišena temperatura pritom je poticala gubitak velikog dijela izvorno akumulirane vode i drugih hlapljivih tvari.
Problem je bio u tome što je klasični scenarij “ubrizgavanja” materijala zahtijevao iznimno rijetku podudarnost okolnosti. Supernova je morala eksplodirati na udaljenosti koja je dovoljno mala da dopremi radioaktivni materijal, ali ne toliko mala da pritom razori osjetljivi protoplanetarni disk. Uz to, geometrija događaja morala je biti precizno “podešena” kako bi se materijal uopće učinkovito ugradio u disk, što je nastanak Zemlje činilo mogućim, ali vrlo rijetkim.
Supernova kao akcelerator čestica, ne samo izvor izbačenog materijala
Sawada i suradnici polaze od činjenice da supernove nisu samo eksplozije koje izbacuju materijal u okolni prostor. One su istodobno i među najsnažnijim prirodnim akceleratorima čestica u svemiru, jer njihovi udarni valovi stvaraju goleme količine čestica vrlo visokih energija, takozvanih kozmičkih zraka. Te se čestice mogu širiti daleko izvan granica širećih ostataka eksplozije, no u mnogim modelima formiranja planetarnih sustava taj je učinak bio uglavnom zanemarivan.
U studiji je tim ispitao mogućnost da je mladi Sunčev sustav, uz eventualni dodir s izbačenim materijalom supernove, bio dugotrajnije izložen pojačanom toku kozmičkih zraka. Numeričke simulacije akceleracije kozmičkih zraka i pripadajućih nuklearnih reakcija pokazale su da njihova interakcija s protosolarnim diskom može pokrenuti procese koji prirodno stvaraju kratkoživuće radioaktivne elemente, uključujući aluminij-26.
Prema rezultatima, potrebne količine radioaktivnih elemenata mogu nastati na udaljenostima od oko jednog parseka od supernove, što je uobičajena razmjera razmaka među zvijezdama u zvjezdanim skupovima. Jedan parsek odgovara udaljenosti od približno 30 900 milijardi kilometara, odnosno nešto više od tri svjetlosne godine. Na takvim udaljenostima protoplanetarni disk ostaje očuvan, pa nije potrebna rijetka i precizno usklađena doprema materijala izravno iz eksplozije. Dovoljno je da se mladi planetarni sustav formira u istom zvjezdanom okruženju kao i masivna zvijezda koja će kasnije završiti život kao supernova.
Istraživači ovaj proces nazivaju “kupkom kozmičkih zraka”, pri čemu je naglasak na univerzalnosti mehanizma. Mnoge zvijezde nalik Suncu nastaju u skupovima, mnogi takvi skupovi sadrže masivne zvijezde, a mnoge masivne zvijezde završavaju kao supernove. Ako su “kupke” kozmičkih zraka česte u takvim okruženjima, tada bi i toplinske povijesti koje su oblikovale unutrašnjost Zemlje mogle biti česte.
Šire posljedice za učestalost planeta nalik Zemlji
Rezultati imaju posljedice za pitanje koliko su u svemiru uobičajeni planeti nalik Zemlji. Ako bi nastanak stjenovitih planeta siromašnih vodom doista ovisio o izuzetno rijetkom bliskom susretu s supernovom i preciznom ubacivanju izotopa, tada bi takvi planeti mogli biti iznimka. No ako je dovoljno, i pritom uobičajeno, da je protoplanetarni disk uronjen u pojačanu struju kozmičkih zraka, uvjeti slični onima u ranoj povijesti Zemlje mogli bi se pojavljivati oko velikog dijela zvijezda nalik Suncu.
Autori pritom ne tvrde da supernova sama po sebi jamči nastanak svakog potencijalno nastanjivog planeta. I dalje su važni brojni čimbenici, među njima trajanje života diska, struktura zvjezdanog skupa i dinamika zvijezda u takvom okruženju. Ono što studija pokazuje jest da formiranje Zemlje možda nije ovisilo o gotovo čudesnoj podudarnosti, nego o procesu koji može biti uobičajen u zvjezdanim “rasadnicima.”
Sawada u ovom rezultatu ističe i širu pouku o povezanosti astrofizičkih procesa. Fenomen koji se najčešće promatra kroz prizmu visokoenergijske astrofizike, akceleracija kozmičkih zraka, može biti ključan za pitanja planetarne znanosti i nastanjivosti. U ovom slučaju napredak nije proizašao iz dodavanja novih slojeva složenosti, nego iz uključivanja učinka koji je dugo bio podcijenjen ili zanemaren u scenarijima nastanka planetarnih sustava.
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.
