Egy világpusztító katasztrófa első jele

szupernóva
Egy fehér törpe és vörös óriás alkotta kettős rendszerben, a fehér törpe anyagot szív el óriás kísérőjétől. Ebből a folyamatból alakulhatnak ki az Ia típusú szupernóvák
Vágólapra másolva!
A kémiai nyomozás szerint az egyiptomi sivatagban talált kő az Ia típusú szupernóvák eddig egyetlen ismert hírnöke a Földön. E robbanások az univerzum legnagyobb energiájú eseményei közé tartoznak.
Vágólapra másolva!

Erre a következtetésre jutottak a Hypatia névre keresztelt meteorittal kapcsolatban a Johannesburgi Egyetem kutatói, Jan Kramers, Georgy Belyanin és Hartmut Winkler. További munkatársaikkal együtt az Icarus című szakfolyóiratban publikálták eredményeiket.

Belyanin és Kramers 2013 óta foglalkoznak a Hypatiával, és a kő egy apró töredékét vizsgálgatva számos igen szokatlan kémiai nyomra bukkantak. Fáradságos munkával kizárták a többi lehetséges hipotézist a Hypatia eredetére nézve. A történet, amelyet rekonstruáltak, a Naprendszer keletkezésének korai állapotáig tekint vissza, amikor a Nap, a Föld és a Naprendszer többi bolygója még mind kialakulóban voltak.

A Hypatia Forrás: Romano Serra

Kozmikus idővonal

A Hypatia származására vonatkozó teóriájuk egy csillaggal kezdődik, méghozzá egy vörös óriással, amely fehér törpévé roppant össze. Az összeomlás a feltevések szerint egy hatalmas csillagköd, más néven nebula belsejében ment végbe.

A fehér törpe egy másik csillaggal alkotott kéttagú – bináris – csillagrendszert és fokozatosan elszippantotta a másik csillag anyagát, mígnem a kisgömböcként felhízott fehér törpe Ia típusú szupernóvaként felrobbant a csillagköd belsejében.

A robbanást követő lehűlési fázisban a szupernóvából megmaradt gázatomok elkezdtek hozzátapadni a csillagköd porrészecskéihez. „Bizonyos értelemben azt mondhatjuk, hogy amit a kezünk közé fogunk, az maga a tetten ért Ia típusú szupernóva, hiszen a robbanásból származó gázatomokat felfogta a környező porköd, s a Hypatia teste ebből a ködből formálódott" – magyarázza Kramers.

Egy fehér törpe és vörös óriás alkotta kettős rendszerben, a fehér törpe anyagot szív el óriás kísérőjétől Forrás: NASA/Justyn R. Maund

A szupernóvából származó gáz-por-elegy egy óriási buborékja sosem érintkezett más csillagközi anyaggal. Évmilliók alatt aztán a buborék pora lassan szilárd anyaggá állt össze, valahogy úgy, ahogy a közönséges porból porcicák formálódnak. A Hypatia „anyateste", ahogy a csillagászok nevezik, valamikor a mi Naprendszerünk kialakulásának kezdeti szakaszában válhatott szilárd kőzetté. A folyamat valószínűleg a Naprendszer valamelyik hideg és eseménytelen régiójában – talán az Oort-felhőben vagy a Kuiper-övben – játszódott le.

A Hypatia anyateste egy ponton a Föld felé vette az irányt. A Föld légkörébe való belépéskor keletkező hő, valamint a délnyugat-egyiptomi Nagy-homoktengerbe való becsapódás erejének hatására mikrogyémántok alakultak ki a kő belsejében, amelyek szétrepesztették az anyakőzetet. A sivatagban talált Hypatia valószínűleg csak egy az eredeti becsapódó objektum számos töredéke közül.

– szögezi le Kramers.

Hárommillió volt a parányi mintának

A kutatók többféle technikát vetettek be a Hypatia elemzésére, hogy visszakövetkeztessék a különös kő kialakulásának idővonalát. 2013-ban egy argonizotópokat érintő vizsgálat kimutatta, hogy a kő nem lehet földi eredetű. A töredék nemesgáztartalmának 2015-ös elemzése pedig bizonyította, hogy egyik ismert meteorit- vagy üstököstípushoz sem tartozik. 2018-ban a johannesburgi csoport további elemzéseket tett közzé, egyebek mellett arról, hogy

a kőben kimutattak egy olyan ásványt, a nikkel-foszfidot, amelyet semmilyen naprendszerbeli objektumban nem találtak meg korábban.

A Hypatia további analízise ezek után megfeneklett, mert azokat a nyomnyi mennyiségű fémeket, amelyeket Kramers és Belyanin kerestek, az akkori berendezésükkel nem lehetett elég részletesen tanulmányozni. Erőteljesebb műszerre volt szükségük, amely mindazonáltal nem pusztítja el az apró mintát. Kramers egy olyan adatsort kezdett tanulmányozni, amelyet Belyanin még 2015-ben állított elő egy protonnyaláb-berendezés segítségével. A hárommillió voltos feszültséggel ketyegő masinát a dél-afrikai Somerset Westben található iThemba Labs munkatársa, Dr. Wojciech Przybylowicz üzemeltette.

A Hypatia kőből nyert apróbb minták Forrás: Jan Kramers

„Nem annyira a Hypatia megszámlálhatatlan különlegességét akartuk feltárni, mint inkább az egészet összefogó egységet. Arra voltunk kíváncsiak, hogy látunk-e valamilyen következetes kémiai mintázatot a kő anyagában" – meséli Kramers. Belyanin nagy gonddal kiválasztott 17 elemzendő pontot az apró minta felszínén, amelyek mind kellőképpen távol estek a becsapódás keltette résekben kialakult földi ásványdaraboktól. „A proton-mikroszonda segítségével 15 elemet sikerült a korábbinál jóval nagyobb pontossággal meghatároznunk. Ezzel összeállt a kémiai összetevők listája, amit kerestünk, így Jan megkezdhette az összes adat elemzésének folyamatát" – ismerteti Belyanin.

A protonnyaláb is kizárja a naprendszerbeli eredetet

A protonnyaláb-elemzésből származó első fontos adat, a szilícium, meglepően alacsony mennyisége volt a Hypatia mintájában. A szilícium, valamint a króm és a mangán szintje kevesebb mint 1%-a volt annak, amit egy a mi Naprendszerünkben kialakult objektumtól várnánk. Emellett viszont feltűnően magas és rendellenes volt a mintában a vas, a kén, a foszfor, a réz és a vanádium aránya – teszi hozzá Kramers.

– emlékszik vissza a kutató.

Nem a közelből

Kramers ezt követően a Hypatia elemösszetételét összevetette azzal a mintázattal, amit akkor várnánk, ha egy objektum a Tejútrendszer minket is tartalmazó karján keletkezett volna a csillagközi porból. „Ellenőriztük, hogy az átlagos csillagközi por elemösszetétel-mintázata a Tejútrendszer "hazai" karján összevethető-e a Hypatiáéval, de ismételten semmiféle hasonlóságot nem tapasztaltunk" – erősíti meg Kramers.

A protonnyaláb-adatok tehát eddigre már a Hypatia négyféle lehetséges eredetét kizárták:

  • nem keletkezhetett a Földön,
  • nem lehet semmilyen ismert üstökös vagy meteor darabja,
  • és nem alakulhatott ki sem az átlagos belső naprendszerbeli,
  • sem az átlagos csillagközi porködből.

Nem egy vörös óriásból, sem II-es típusú szupernóvából

A következő legegyszerűbb magyarázat a Hypatia elemi összetételére nézve az lett volna, hogy a kő egy vörös óriáscsillagból érkezett. A vörös óriások meglehetősen közönségesek az univerzumban. Azonban a protonnyaláb-adatok ezt az eredetet is kizárták, ugyanis egy vörös óriás anyagához képest a Hypatia túl sok vasat, ugyanakkor túl kevés szilíciumot és vasnál nehezebb elemet tartalmaz.

Már nem sok jelölt maradt versenyben; egyik volt közülük a II-es típusú szupernóva. A II-es típusú szupernóvák kétségtelenül sok vasat főznek, és ez a típusú szupernóva-robbanás nem is túl ritka. Ám a protonnyaláb-elemzéssel zajló kémiai nyomozás ezt a gyanúsítottat is elvetette: részint a szilíciumhoz és kalciumhoz viszonyítva túl sok vas volt a Hypatia mintáiban, részint a nikkel-foszfid és más különös ásványok jelenlétét a II-es típusú szupernóva nem magyarázta volna.

Nem maradt más hátra, mint az univerzum legdrámaibb eseményeinek egyikét, az Ia típusú szupernóvát terítékre venni, s megvizsgálni, származhat-e a Hypatia kémiája egy ilyen robbanásból.

A nehézfémek forrása

A ritkább Ia típusú szupernóva szintén sok vasat termel. Ilyen esemény évszázadonként csak egy-két alkalommal történik egy galaxisban, az univerzumban található vas nagy része mégis ezekből a robbanásokból ered. Ami acélunk van a Földön, azt javarészt Ia típusú szupernóváknak köszönhetjük. Továbbá az is ismeretes korábbi kutatásokból, hogy az Ia típusú szupernóvák nagyon speciális ujjlenyomatot hagynak hátra a kémiai nyomozás számára, ami az eseményt létrehozó sajátos körülményekből következik.

Először is egy élete végén járó vörös óriáscsillag apró és nagyon sűrű fehér törpévé roppan össze. A fehér törpék általában hosszú időtávokon nézve is hihetetlenül stabilak, és egyáltalán nem hajlamosak felrobbanni. Mégis van egy kivétel ez alól a szabály alól. A fehér törpe ugyanis elkezdhet anyagot átszipkázni egy tárcsillagról, amellyel bináris rendszert alkot.

Úgy is mondhatjuk, hogy a fehér törpe felzabálja a társcsillag anyagát, s végül annyira nehéz, forró és instabil lesz, hogy Ia típusú szupernóvaként felrobban.

Az Ia típusú szupernóva-robbanások során fellépő magfúziós folyamatok az elfogadott tudományos elméletek szerint rendkívül szokatlan elemiösszetétel-mintázatot eredményeznek. Azt is tudjuk, hogy az a szupernóva-robbanás, amely a fehér törpe anyagát szétdobja, nem egyszerűen darabokra, hanem egyenesen atomokra szaggatja a csillagot. Az Ia szupernóvák gázatomok formájában szórják szét anyagukat a világűrbe.

Szupernóva robbanás művészi ábrája Forrás: Afp

Kramers és munkatársai az irodalom beható áttekintése után arra jutottak, hogy a Hypatia-kő összetételét egyedül az Ia típusú szupernóva-modellek egy speciális csoportja magyarázhatja.

„Az Ia típusú szupernóvákból származó mérési adatok és elméleti modellek a vasnak a szilíciumhoz és kalciumhoz viszonyított jóval magasabb arányát mutatják, mint a II-es típusú szupernóvák esetében – hangsúlyozza Kramers. „Ebben az értelemben a Hypatián végzett protonnyaláb-mérések az Ia típusú szupernóvák mérési adataival és modelljeivel egybevágnak." A 15 vizsgált elemből 8-nak – a szilíciumnak, a kénnek, a kalciumnak, a titánnak, a vanádiumnak, a krómnak, a mangánnak és a nikkelnek – a vashoz viszonyított aránya a modellek által jósolt tartományba esik. A maradék elemek közül 6-nak – az alumíniumnak, a foszfornak, a klórnak, a káliumnak, a réznek és a cinknek – a vashoz viszonyított aránya a jósoltnál 10-100-szor magasabb. „Mivel minden fehér törpe egy haldokló vörös óriásból származik, a Hypatia e hat elem arányát átörökölhette a vörösóriás-állapotból. Ezt a jelenséget más kutatók is megfigyelték már fehér törpéken" – érvel Kramers.

A Hypatia tehát minden valószínűség szering a világegyetem egyik legvehemensebb eseményének tanúköve a Földön, és olyan kozmikus történetet mesél el, amely a Naprendszer kialakulásakor kezdődött.