Vad fick bildandet av vårt lilla hörn av universum - vår sol och planetariska system? Under flera decennier har forskare tänkt att solsystemet bildades som ett resultat av en chockvåg från en exploderande stjärna - en supernova - som utlöste kollapsen av ett tätt, dammigt gasmoln, som sedan sammandragit sig för att bilda solen och planeterna. Men detaljerade modeller av denna formationsprocess har bara fungerat under det förenklande antagandet att temperaturen under de våldsamma händelserna förblev konstant. Det är naturligtvis mycket osannolikt. Men nu har astrofysiker vid Carnegie Institutionens avdelning för jordmagnetism (DTM) för första gången visat att en supernova verkligen kunde ha utlöste bildandet av solsystemet under de mer troliga förhållandena för snabb uppvärmning och kylning. Så har dessa nya resultat löst denna långvariga debatt?
"Vi har haft kemiska bevis från meteoriter som pekar på en supernova som utlöste bildandet av vårt solsystem sedan 1970-talet," påpekade huvudförfattaren, Carnegies Alan Boss. ”Men djävulen har varit i detaljerna. Fram till denna studie har forskare inte kunnat utarbeta ett självständigt scenario, där kollaps utlöses samtidigt som nyskapade isotoper från supernova sprutas in i det kollapsande molnet. ”
Kortlivade radioaktiva isotoper - versioner av element med samma antal protoner, men ett annat antal neutroner - som finns i mycket gamla meteoriter förfaller på tidskalor på miljoner år och förvandlas till olika (så kallade dotter) element. Att hitta dotterelementen i primitiva meteoriter innebär att föräldrarnas kortlivade radioisotoper måste ha skapats bara en miljon år eller så innan meteoriterna själva bildades. "En av dessa föräldraisotoper, järn-60, kan tillverkas i betydande mängder endast i de kraftiga kärnugnarna av massiva eller utvecklade stjärnor," förklarade Boss. "Järn-60 sönderfaller till nickel-60 och nickel-60 har hittats i primitiva meteoriter. Så vi har vetat var och när förälderisotopen gjordes, men inte hur den kom hit. "
Tidigare modeller av Boss och före detta DTM Fellow Prudence Foster visade att isotoperna kunde deponeras i ett pre-solmoln om en chockvåg från en supernovaexplosion bromsade till 6 till 25 mil per sekund och vågen och molnet hade en konstant temperatur på - 440 ° F (10 K). "De modellerna fungerade inte om materialet värmdes upp av kompression och kyldes av strålning, och detta svårigheter har lämnat allvarliga tvivel i samhället om huruvida en supernova-chock startade dessa händelser för över fyra miljarder år sedan eller inte," påpekade Harri Vanhala, som fann det negativa resultatet i sin doktorsexamen. avhandlingsarbete vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics 1997.
Med hjälp av en anpassningsbar hydrodynamikkod för nätfinansiering, FLASH2.5, utformad för att hantera chockfronter, samt en förbättrad kylslag, övervägde Carnegie-forskarna flera olika situationer. I alla modeller träffade chockfronten ett pre-solmoln med massan av vår sol, bestående av damm, vatten, kolmonoxid och molekylväte, och når temperaturer så höga som 1 000 K (1340 ° F). I avsaknad av kylning kunde molnet inte kollapsa. Med den nya kyllagan fann de emellertid att efter 100 000 år var solens moln 1 000 gånger tätare än tidigare, och att värmen från chockfronten snabbt förlorades, vilket resulterade i endast ett tunt lager med temperaturer nära 1.340 ° F (1000 K). Efter 160 000 år hade molncentret kollapsat för att bli en miljon gånger tätare och bildade protosunet. Forskarna fann att isotoper från chockfronten blandades in i protosunet på ett sätt som var förenligt med deras ursprung i en supernova.
"Det här är första gången en detaljerad modell för en supernova som utlöser bildandet av vårt solsystem har visat sig fungera," sade Boss. "Vi började med Little Bang 9 miljarder år efter Big Bang."
Källa: Carnegie Institution for Science
