Vi har alla hört det här: när du dricker ett glas vatten har det vattnet redan gått igenom en massa andra människors matsmältningskanaler. Kanske Attila the Hun's eller Vlad the Impaler's; kanske till och med en Tyrannosaurus Rex.
Tja, samma sak gäller stjärnor och materia. Allt vi ser runt oss här på jorden, till och med våra egna kroppar, har genomgått minst en cykel av stjärnfödelse och död, kanske mer. Men vilken typ av stjärna?
Det var vad ett team av forskare vid ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich) ville veta.
Berättelsen om vårt solsystem startade för cirka 4,5 miljarder år sedan när ett molekylärt moln kollapsade. I mitten av det kollapsade molnet vaknade solen i en sprängning av fusion, och en skiva av gas och damm bildades runt den. Så småningom bildades alla planeter i vårt solsystem från den protoplanetära skivan.
Inom den skivan av material fanns dammkorn som hade bildats runt vissa andra stjärnor. Dessa specialkorn fördelades ojämnt över hela skivan, "som salt och peppar", enligt Maria Schönbächler, professor vid Institute of Geochemistry and Petrology vid ETH Zurich. När solsystemets planeter bildades innehöll var och en sin egen blandning av gas och damm och av dessa specialkorn.
Framsteg i mätmetoder gör det möjligt för forskare att upptäcka materialet planeterna bildats av och bestämma dess ursprung. Allt kommer till isotoper. En isotop är en atom i ett visst element med samma antal protoner i sin kärna, men ett annat antal neutroner. Till exempel finns det olika isotoper av kol, som C13 och C14. Medan alla kolisotoper har 6 protoner, har C13 7 neutroner medan C14 har 8 neutroner.
Blandningen av olika isotoper på en planet - inte bara av kol utan även av andra element - är som ett fingeravtryck. Och det fingeravtrycket kan berätta forskare mycket om en kropps ursprung.
"Stardust har verkligen extrema, unika fingeravtryck - och eftersom det sprids ojämnt genom den protoplanetära skivan fick varje planet och varje asteroid sitt eget fingeravtryck när det bildades," sade Schönböchler i ett pressmeddelande.
Under åren har forskare studerat dessa fingeravtryck på jorden och i meteoriter. Jämförelser mellan de två avslöjar hur länge döda röda jättestjärnor har bidragit med materien till bildandet av jorden och allt på den. Inklusive oss.
Forskare har kunnat jämföra dessa isotopiska avvikelser mellan jorden och meteoriterna för fler och fler element. Schönböchler och de andra forskarna bakom en ny studie har undersökt meteoriter som var en del av kärnan i asteroider som förstördes för länge sedan. De har fokuserat på elementet palladium.
Tidigare studier av andra forskare har undersökt isotopförhållanden för andra element, som rutenium och molybden, som är palladiums grannar på det periodiska bordet. De tidigare resultaten tillät Schönböchlers team att förutsäga vad de skulle hitta när de letade efter palladiumisotoper.
De förväntade sig samma mängder palladium men fick en överraskning.
"Meteoriterna innehöll mycket mindre palladiumavvikelser än väntat," säger Mattias Ek, postdoc vid universitetet i Bristol som gjorde isotopmätningarna under sin doktorandforskning vid ETH.
I sitt papper presenterar teamet en ny modell för att förklara dessa resultat. Artikeln heter "Ursprunget tills-bearbeta isotop heterogenitet i den protoplanetära solskivan. " Den publicerades i tidskriften Nature Astronomy den 9 december 2019. Huvudförfattare är Mattias Ek.
Deras modell visar att även om allt i vårt solsystem skapades av stardust, bidragit en stjärntyp mest till jorden: röda jättar eller asymptotiska jättegrenar (AGB) -stjärnor. Det här är stjärnor i samma massområde som vår sol som expanderar till röda jättar när de tappar ut sitt väte. Vår egen sol kommer att bli en av dessa på cirka 4 eller 5 miljarder år.
Som en del av deras sluttillstånd syntetiserar dessa stjärnor element i det som kallas s-processen. S-processen, eller långsam neutronupptagningsprocess, skapar element som palladium och dess grannar på det periodiska bordet, rutenium och molybden. På en intressant anmärkning skapar s-processen dessa element med frön av järnkärnor, som själva skapades i supernovaer i tidigare generationer av stjärnor.
”Palladium är något mer flyktigt än de andra uppmätta elementen. Som ett resultat kondenseras mindre av det till damm runt dessa stjärnor, och därför finns det mindre palladium från stardust i meteoriterna vi studerade, säger Ek.
Det finns ett större överflöd av material från röda jättar i jordens smink än det finns i Mars, eller i asteroider som Vesta längre ut i vårt solsystem. Den yttre regionen innehåller mer material från supernovaer. Teamet säger att de kan förklara varför det är så.
"När planeterna bildades var temperaturen närmare solen mycket hög," förklarar Schönbächler. Vissa av dammkornen var mer instabila än andra, inklusive sådana med isiga skorpor. Den typen förstördes i det inre solsystemet, nära solen. Men stardust från röda jättar var mer stabilt och motgick förstörelse, så det är mer koncentrerat nära solen. Författarna säger att damm från supernovaexplosioner också är benägna att förångas snabbare eftersom det är mindre. Så det finns mindre av det i det inre solsystemet och på jorden.
"Detta tillåter oss att förklara varför jorden har den största anrikningen av stjärna från röda jättestjärnor jämfört med andra kroppar i solsystemet," säger Schönbächler.
Mer:
- Pressmeddelande: Stardust från röda jättar
- Forskningsdokument: Ursprunget tills-bearbeta isotop heterogenitet i den sol-protoplanetära disken
- Rymdmagasinet: Ny studie belyser hur Jorden och Mars bildades
