Vid ett eller annat tillfälle har alla vetenskapsentusiaster hört den sena Carl Sagans beryktade orden: "Vi är gjorda av stjärna." Men vad betyder det exakt? Hur kan kolossala bollar av plasma, som girigt bränna bort sitt kärnbränsle i avlägsna tid och rum, spela någon roll i att leka den enorma komplexiteten i vår jordiska värld? Hur är det så att "kvävet i vårt DNA, kalcium i våra tänder, järnet i vårt blod, kolet i våra äppelpajar" kunde ha smidd så djupt i hjärtat av dessa massiva stjärnjättar?
Det är inte förvånande att berättelsen är både elegant och djupt häpnadsväckande.
Alla stjärnor kommer från ödmjuk början: nämligen en gigantisk, roterande klump av gas och damm. Gravity driver molnet till att kondensera när det snurrar och virvlar in i en allt tätare sfär av material. Så småningom blir stjärnan att vara så tät och het att molekyler av väte i dess kärna kolliderar och smälter in i nya heliummolekyler. Dessa kärnreaktioner frigör kraftfulla energiutbrott i form av ljus. Gasen lyser ljust; en stjärna är född.
Vår ultimata öde för vår glödande stjärna beror på dess massa. Mindre, lätta stjärnor förbränner dock väte i kärnan långsammare än tyngre stjärnor, lyser något svagare men lever mycket längre liv. Med tiden orsakar emellertid fallande vätnivåer i mitten av stjärnan färre vätefusionsreaktioner; färre vätefusionsreaktioner betyder mindre energi och därför mindre utåt tryck.
Vid en viss tidpunkt kan stjärnan inte längre upprätthålla den spänning som kärnan hade bibehållit mot dess yttre lager. Tyngdkraften tippar skalan, och de yttre skikten börjar tumla inåt på kärnan. Men deras kollaps värmer upp saker, ökar kärntrycket och vänder processen igen. Ett nytt väteförbränningsskal skapas precis utanför kärnan, som återupprättar en buffert mot stjärnens ytskikt.
Medan kärnan fortsätter att genomföra lägre energi-heliumfusionsreaktioner, trycker kraften i det nya vätebrännskalet på stjärnans yttre, vilket får de yttre skikten att svälla mer och mer. Stjärnan expanderar och svalnar till en röd jätte. Dess yttre lager kommer i slutändan att undvika tyngdkraften helt och hållet, flyta ut i rymden och lämna en liten, död kärna - en vit dvärg.
Tyngre stjärnor vacklar också ibland i kampen mellan tryck och tyngdkraft, vilket skapar nya skal av atomer för att smälta samman i processen; till skillnad från mindre stjärnor tillåter deras överskottsmassa dock att de fortsätter att bilda dessa lager. Resultatet är en serie koncentriska sfärer, varje skal innehåller tyngre element än den som omger det. Väte i kärnan ger upphov till helium. Heliumatomer smälter samman och bildar kol. Kol kombineras med helium för att skapa syre, som smälter in i neon, sedan magnesium, sedan kisel ... hela vägen över periodiska skivor för att stryka, där kedjan slutar. Sådana massiva stjärnor fungerar som en ugn och driver dessa reaktioner genom ren tillgänglig energi.
Men denna energi är en ändlig resurs. När stjärnskärnan blir en solid järnboll kan den inte längre smälta element för att skapa energi. Liksom för mindre stjärnor betyder färre energiska reaktioner i kärnan i tungviktiga stjärnor mindre utåt tryck mot tyngdkraften. De yttre lagren av stjärnan kommer sedan att börja kollapsa, påskynda takten för tung elementssmältning och ytterligare minska mängden energi tillgänglig för att hålla upp de yttre skikten. Densitet ökar exponentiellt i den krympande kärnan, fastnar ihop protoner och elektroner så tätt att det blir en helt ny enhet: en neutronstjärna.
Vid denna punkt kan kärnan inte bli tätare. Stjärnans massiva yttre skal - som fortfarande trumlar inåt och fortfarande är fulla av flyktiga element - har inte längre någonstans att gå. De smälter in i kärnan som en hastighetsoljerigga som kraschar in i en tegelvägg och bryter ut i en monströs explosion: en supernova. De extraordinära energierna som genereras under denna sprängning tillåter slutligen sammansmältning av element som är ännu tyngre än järn, från kobolt hela vägen till uran.
Den energiska chockvågen som produceras av supernovan flyttar ut i kosmos och betalar ut tunga element i dess kölvattnet. Dessa atomer kan senare införlivas i planetsystem som våra egna. Med tanke på de rätta förhållandena - till exempel en lämplig stabil stjärna och en position inom dess beboeliga zon - ger dessa element byggstenarna för ett komplicerat liv.
Idag görs våra vardagsliv möjliga av just dessa atomer, som för länge sedan är smidda i stora stjärns liv och död. Vår förmåga att göra vad som helst - vakna upp från en djup sömn, njuta av en utsökt måltid, köra bil, skriva en mening, lägga till och subtrahera, lösa ett problem, ringa en vän, skratta, gråta, sjunga, dansa, springa, hoppa och spela - styrs främst av beteendet hos små vätkedjor i kombination med tyngre element som kol, kväve, syre och fosfor.
Andra tunga element finns i mindre mängder i kroppen, men är ändå lika viktiga för att fungera väl. Till exempel arbetar kalcium, fluor, magnesium och kisel tillsammans med fosfor för att stärka och växa våra ben och tänder; joniserat natrium, kalium och klor spelar en viktig roll för att bibehålla kroppens vätskebalans och elektrisk aktivitet; och järn utgör den viktigaste delen av hemoglobin, proteinet som utrustar våra röda blodkroppar med förmågan att leverera syre som vi inhalerar till resten av vår kropp.
Så nästa gång du har en dålig dag kan du prova detta: stäng ögonen, ta ett djupt andetag och fundera över händelsekedjan som förbinder din kropp och sinnet till en plats miljarder ljusår borta, djupt i avlägsna sträckor av utrymme och tid. Kom ihåg att massiva stjärnor, många gånger större än vår sol, tillbringade miljontals år med att förvandla energi till materie och skapa atomer som utgör varje del av dig, jorden och alla du någonsin har känt och älskat.
Vi människor är så små; och ändå ger den känsliga dansen på molekyler gjorda av dessa stjärnmaterial upphov till en biologi som gör det möjligt för oss att fundera över vårt bredare universum och hur vi alls existerade. Carl Sagan själv förklarade det bäst: ”En del av vår varelse vet att det är här vi kom ifrån. Vi längtar tillbaka; och det kan vi, för kosmos finns också i oss. Vi är gjorda av stjärnor. Vi är ett sätt för kosmos att känna sig själv. ”
