Splošna teorija o nastanku našega osončja se glasi takole: pred 4,6 milijarde let je v vesolju negibno lebdel ogromen oblak prahu, nato pa se je zaradi eksplozije bližnje zvezde del njega sesedel. Pod vplivom gravitacije se je prah zgostil proti središču in oblikoval žareče kroglo vodika in helija s premerom približno 1,4 milijona kilometrov – to je pozneje postalo Sonce. Iz preostanka, ki je zaokrožil okoli porajajoče se zvezde, so se pozneje oblikovali planeti osončja ter številni asteroidi in druga nebesna telesa.
Da bi preverili resničnost te zgodbe, morajo raziskovalci pogledati nazaj v čas, do prvih trenutkov osončja in še dlje. Kozmokemičarka Nan Liu ima za to metodo: v sefu na svoji pisalni mizi na Astrofizikalnem raziskovalnem inštitutu Univerze v Bostonu hrani kos meteorita, ki nosi sledi snovi, starejših od Sonca.
»To je najbolj neokrnjena vrsta meteorita, ki ga niti voda niti toplota nista spremenili.«
– pravi Liu in v roki obrača vzorec, svetel, temen kamen, ki po velikosti in obliki spominja na puščično ost.
Meteoriti, kot je ta, so nastali v času sesedanja prahovnega oblaka. To sesedanje in nastanek Sonca sta uničila velik del kemičnih informacij v meteoritu, saj sta snov stalila, a v njem je nedotaknjenih ostalo nekaj kristalov, manjših od bakterije. Ti kristali, ki jih imenujemo presolarna zrna, so daleč najstarejša snov, do katere imamo dostop na Zemlji.
V zadnjem desetletju so strokovnjaki z meteoriti, podobnimi Liujinemu, odkrivali zgodbo o nastanku osončja in postavljali pod vprašaj prevladujočo teorijo. Po novih podatkih osončje in vse v njem svoj obstoj dolgujejo nekoliko mirnejšemu kozmičnemu scenariju namesto eksploziji supernove: po mnenju kritičnih strokovnjakov se je naše osončje sestavilo iz snovi, ki jo je odpihnila ogromna zvezda. Z novimi raziskavami presolarnih zrn je mogoče ugotoviti, ali je ta nova teorija pravilna.
Znameniti pok
Strokovnjaki so prve sledi o nastanku osončja dobili, ko se je leta 1969 nad Mehiko pojavila ognjena krogla. Drobci danes slavnega meteorita Allende so se razpršili na več kot 500 kvadratnih kilometrih. Leta 1976 so raziskovalci poročali, da so vzorci iz meteorita Allende prinesli presenečenje: vsebovali so nepričakovano veliko količino stabilnega izotopa magnezij-26.
Iz tega so sklepali, da je meteorit nastal ob prisotnosti velike količine aluminija-26, ki je radioaktiven in ob razpadu zapusti magnezij-26.
Za aluminij-26 pa ni bilo znano, da bi bil običajna sestavina medzvezdnega prostora – torej prašnega prostora med zvezdami –, saj ga navadne zvezde ne proizvajajo. »Večina izotopov, ki smo jih identificirali v zgodnjem osončju, je naravni produkt galaktične kemične evolucije. Najpomembnejša izjema je aluminij-26,« pravi Maria Lugaro, astrofizičarka z Astronomskega inštituta Miklós Konkoly Thege.
Od kod pa potem lahko izvira? Leta 1977 sta dva ugledna astrofizika predlagala, da je redki aluminij verjetno prišel iz eksplozije bližnje supernove. Aluminij-26 lahko nastane tudi pri drugih pojavih, vendar je lahko udarni val supernove hkrati povzročil tudi sesedanje oblaka. Tako so astronomi z enim samim dogodkom lahko pojasnili, kako sta se lahko praktično v istem trenutku zgodila dva redka pojava – pojav aluminija-26 in nastanek osončja.
Eksplozija supernove kot sprožilec je desetletja ostala najbolj priljubljen scenarij, podpirali so jo podrobni astrofizikalni modeli in dodatne meritve obogatitve z magnezijem-26 v drugih neokrnjenih meteoritih. V zadnjem desetletju pa se je to stališče vse bolj soočalo z drugimi meritvami, s katerimi ni skladno. Glavna težava je namreč, da v osončju primanjkuje železa.
Dvomi in kristali
Supernove namreč ne ustvarjajo le aluminija. Vsaka bližnja supernova bi verjetno v sistem prinesla tudi veliko količino radioaktivnega izotopa železo-60. Zato bi morali, če je nastanek osončja sprožila supernova, v zgodaj nastalih objektih videti precej visoke začetne količine železa-60, pravi Linru Fang, kozmokemičarka z Univerze v Københavnu.
Nekatere študije so poročale, da so v vzorcih meteoritov našli dovolj železa-60 v podporo teoriji supernove. A vsi strokovnjaki se s temi rezultati ne strinjajo, nasprotno:
večina kozmokemikov danes meni, da je bilo na začetku zgodovine osončja aluminija-26 sicer v izobilju, železa-60 pa ni bilo veliko.
V začetku lanskega leta je raziskovalna skupina opravila doslej najnatančnejšo oceno količine železa-60, značilne za zgodnje obdobje osončja: Fang in sodelavci so poročali o nizkih ravneh železa-60 pri planetezimalu, ki je nastal neposredno po sesedanju oblaka. Ta rezultat pa je po besedah Fangove nezdružljiv s scenarijem supernove.
Zagovorniki stare teorije so seveda poskušali pojasniti pomanjkanje železa. Na primer s tem, da bi se aluminij lahko izvrgel iz supernove, medtem ko bi železo – ki izvira iz globljih plasti zvezdnega jedra – lahko padlo nazaj v mrtvo zvezdo. Ali pa je eksplozija lahko izvirala iz nenavadne supernove, ki sploh ni proizvedla železa-60. Mogoče je tudi, so rekli, da se železo-60 v oblaku ni razporedilo enakomerno, kar lahko pomeni, da meritve iz posameznih meteoritov ne dajo popolne slike stanja. Te razlage pa so obdane z vse več dvomi.
Rojeni v ovojnici
Če pa zgodba osončja ni začela z eksplozijo supernove, od kod potem aluminij? Številni raziskovalci trenutno menijo, da je najverjetneje aluminij-26 sem prinesel veter zvezde Wolf-Rayet. V primerjavi s Soncem imajo zvezde Wolf-Rayet precej krajšo življenjsko dobo, so za več deset krat večje, njihov sij pa je tisočkrat večji od sija naše zvezde. Zvezda postane zvezda Wolf-Rayet, ko njena zunanja vodikova ovojnica izgine, bodisi zaradi gravitacijskega privlaka druge zvezde bodisi zaradi moči lastnih zvezdnih vetrov.
Razkriti sredici zvezde Wolf-Rayet lahko nato izpihujeta vetrove s hitrostjo do 3000 kilometrov na sekundo. »V bistvu pometa okoliško snov kot snežni plug,« pravi Vikram Dwarkadas, astronom z Univerze v Chicagu.
Ta odmetena snov okoli zvezde oblikuje mehur, katerega premer lahko doseže 100 svetlobnih let in ki je več deset tisočkrat gostejši od okoliškega medzvezdnega prostora.
Ovojnica tako vsebuje več kot dovolj snovi za gradnjo osončja. Poleg tega vsebuje veliko aluminija-26 in – kar je ključnega pomena – zelo malo železa-60. Astronomi so že opazili, da v ovojnicah zvezd Wolf-Rayet nastajajo zvezde, podobne Soncu, pravi Dwarkadas. Po raziskovalčevi oceni je lahko na ta način nastalo do 16 % vseh zvezd te velikosti v naši galaksiji. Če je torej tako nastalo tudi osončje, to ne bi bil edinstven primer.
Dwarkadas in sodelavci so izdelali doslej morda najpopolnejši model, kako je sončni veter zvezde Wolf-Rayet lahko prinesel aluminij-26 v nastajajoče osončje. Nato se je ogromna zvezda z življenjsko dobo le nekaj milijonov let z veliko verjetnostjo sesedla v črno luknjo, čeprav so dokazi za to že zdavnaj izginili, pravi strokovnjak.
Tudi teorija Wolf-Rayet ima seveda težave, pravi Lugaro. Na primer, da taka zvezda ustvari tako kaotično okolje, ki bi moralo na kose raztrgati novonastalo osončje. Lugaro se kljub temu nagiba k novi teoriji. Z vidika jedrske fizike ima ta največ smisla, pravi. Dodala pa je tudi, da ni izključeno, da bo, če se razkrijejo nove informacije, že naslednji teden mislila drugače. »To je problem, ki ga je treba preučiti z več strani,« pojasnjuje raziskovalka.
Šli smo na ribolov
In od kod lahko pridejo novi podatki? Liu in sodelavci v Bostonu delajo z nanosondo, ki zmore meriti kemično sestavo drobnih koščkov snovi. Uporabljajo jo za preučevanje v kislini raztopljenih koščkov meteoritov in iščejo zrna, ki bi glede na kemično sestavo lahko izvirala iz zvezde Wolf-Rayet.
Preiskovanje koščkov meteoritov, razpršenih po površini zlate folije, je kot ribolov, pravi Liu. Če uspejo najti zadostno število zrn, ki bi glede na kemično sestavo lahko izvirala iz zvezde Wolf-Rayet, je lahko naslednji korak merjenje, ali kažejo znake obogatitve z aluminijem-26. Te kemične informacije bi lahko uporabili v podporo astrofizikalnemu modelu scenarija Wolf-Rayet za nastanek osončja.
Tudi prisotnost takih zrn pa ne bi bila enoznačen dokaz v prid novi teoriji. Z aluminijem obogaten prah je namreč lahko izviral tudi iz precej starejših zvezd, daleč pred nastankom osončja. Odsotnost zadevnih zrn pa bi nasprotno nakazovala, da je teorija Wolf-Rayet napačna.
Gotovo pa je, da preučevanje teh zrn postavlja v nov okvir edinstvene okoliščine, ki so vodile do nastanka našega planeta.
»Če pomislimo, kako v zvezdah nastajajo ti radioaktivni izotopi – ti elementi, iz katerih nastajajo kamnine in življenje –, ugotovimo, da ni tako lahko pojasniti nastanka prave količine. Morali so nastati ob pravem času in na pravem mestu,« pravi Liu.
