Originea elementelor chimice din corpul nostru. Suntem „pulbere de stele”?

Se spune că suntem cu toţii făcuţi din „pulbere de stele”. Desigur, în organismul nostru mai există și bacterii nocive, ca să nu mai vorbim de rugină, arsenic, … dar chiar și așa, este uimitor să ne gândim că materia din celulele noastre a provenit de undeva din spaţiul cosmic.

Cercetătorii au descoperit recent nori de gaz și praf într-o nebuloasă planetară unde izotopii unor elemente chimice sunt mult mai numeroşi decât ar trebui să fie în mod obişnuit, ridicând semne de întrebare cu privire la originea lor.

Pe baza compoziţiei nebuloasei planetare K4-47, care este relativ tânără, cercetătorii de la University of Arizona au propus o nouă ipoteză privind formarea atomilor despre care s-a presupus că ar avea o origine mai degrabă exotică.

Majoritatea elementelor chimice responsabile pentru chimia complexă care stă la baza vieții și geologiei sunt rezultatul unor reacții nucleare diverse care se produc în stele.

Credit: Nixxphotography/iStock

Sub efectul gravitaţiei, o cantitate suficient de mare de hidrogen va fi transformată, în mod inevitabil, prin fuziunea nucleară în heliu. La rândul său, heliul va forma elemente chimice mai grele, cum ar fi litiul.

Elementele chimice mai grele, cum ar fi carbonul și oxigenul care stau la baza vieţii, sunt produse în nucleele unor stele masive care au o masă de cel puţin opt mase solare în momentul formării lor.

Chiar și în aceste condiţii, unii izotopi ai acestor elemente chimice se formează mai greu decât alţii, cum ar fi, de exemplu, carbonul 13, oxigenul 17 și azotul 15, care au un neutron suplimentar în nucleul lor.

Chiar dacă această diferenţă poate părea nesemnificativă, formarea unor astfel de elemente chimice se produce în urma unor explozii de supernovă, atunci când gravitația unei stele atrage materia din vecinătatea acesteia până când steaua ajunge să colapseze brusc sub propria greutate.

Cel puţin așa cred oamenii de știință. Se pare că există totuşi o problemă în legătură cu această ipoteză.

„Modelele teoretice bazate numai pe nove și supernove nu ar putea niciodată să explice cantitățile de N-15 și O-17 pe care le observăm în meteoriţi”, a declarat cercetătorul Lucy Ziurys, care este şi autorul principal al studiului de față.

Abundența izotopilor grei în meteoriţii care ajung pe Pământ i-a determinat pe oamenii de știință să caute şi alte explicații privind crearea elementelor chimice, care să nu se bazeze doar pe producerea unor evenimente astrofizice rare.

În urma unor cercetări pe această temă, oamenii de ştiinţă au descoperit în nebuloasa K4-47, care se află la o distanţă de 15.000 de ani-lumină, nori de gaz şi praf care conţin o cantitate mare de izotopi ai carbonului.

„Prezenţa acestor izotopi în nebuloasa K4-47 este un indiciu că nu avem nevoie de niște stele exotice, ciudate, pentru a le explica originea. Se pare că și stelele obişnuite pot să-i producă”, a declarat Ziurys.

Majoritatea stelelor obişnuite, precum Soarele, nu sfârşesc în urma unor explozii de novă sau supernovă.

La fel precum aproximativ 90% din toate stelele, Soarele se va mări treptat pe măsură ce îşi micşorează masa, transformându-se într-o stea gigantă roşie. Ulterior, Soarele va deveni o stea pitică albă după ce îşi va pierde învelişul exterior.

În acest stadiu de evoluţie al stelelor s-ar putea crea condiţiile necesare formarii unor izotopi grei ai elementelor chimice.

Pe măsură ce gravitaţia nu mai poate menţine atmosfera exterioară a stelei, heliul va continua să se aglomereze în nucleul stelar, mărind densitatea și temperatura acestuia.

Acumularea heliului durează milioane de ani, dar brusc se pot atinge condiţiile necesare formarii unor elemente chimice grele.

După ce temperatura atinge o valoare critică de aproximativ 100 de milioane de grade Celsius, heliul formează carbon, proces în urma căruia se eliberează o cantitate uriaşă de energie.

Atomii de heliu în aceste condiţii nu vor acționa ca un gaz, ci se vor lega între ei ca într-un ocean lichid.

Steaua nu va fi distrusă în urma acestui proces, precum în cazul unei supenove, deoarece acest proces este asemănător mai degrabă unei erupţii stelare.

În cele din urmă, aproximativ 6% din heliu se transformă în carbon.

Prevalența izotopilor carbonului în nebuloasa K4-47 ar putea fi explicată, de asemenea, dacă această nebuloasă ar fi rezultatul unui sistem binar de stele care s-au format în acelaşi nor de gaz.

Înţelegerea originii anumitor izotopi le poate oferi astronomilor o nouă metodă de studiu a originii materiei din Sistemul Solar.

„Vă puteți gândi la granulele pe care le găsim în meteoriți ca fiind cenușa stelară rămasă în urma dispariţiei unor stele în momentul formării Sistemului Solar.

Ne așteptăm să găsim astfel de granule provenite din momentul formării Sistemului Solar pe asteroidul Bennu, iar această cercetare ne va ajuta să înţelegem de unde provine materia de pe Bennu”, a declarat Tom Zega, coautor al studiului de față.

Această cercetare a fost publicată în revista Nature.

Sursă: Science Alert