Įsivaizduokite vienišą žvaigždžių nuolaužų debesį, vėstantį visatoje, vos išeinančioje iš kūdikystės. Tame dulkėtame paviršiuje kaupiasi uolams reikalingos sudedamosios dalys, pavyzdžiui geležis, silicis ir anglis, kurios pradeda greitai jungtis. Naujuose kompiuteriniuose modeliuose astronomai nustatė, kad kai kurių pačių pirmųjų masyvių žvaigždžių sprogimai galėjo suformuoti tankias, metalu turtingas sritis, pakankamas sudėti Žemės dydžio planetoms maždaug už 100 milijonų metų po Didžiojo sprogimo.
Kaip žvaigždžių nuolaužos gali tapti planetų statybinėmis medžiagomis
Ankstyvoji kosmologija paprastai laiko visatą homogeniška apskaičiuojant sunkiųjų elementų vidurkius didelėse erdvėse. Tačiau realybė yra sudėtingesnė. Kai labai masyvi ankstyvoji žvaigždė baigia gyvenimą porinės nestabilumo supernovos sprogimu, ji išmeta didžiulius kiekius sunkiųjų elementų į aplinkinę terpę. Nauji modeliai seka, kaip tie išmesti elementai susimaišo su pirminiu dujų debesimi, atvėsta ir vėliau susitraukia į mažesnes struktūras.
Vietoj tolygios praturtinimo schemos modeliai rodo atskiras, dulkėmis turtingas nišas, kuriose susiformuoja mažos masės žvaigždė, apsupta protoplanetiniu disku. Tame diske gali vykti įprasta augimo seka, nuo dulkių dalelių iki metrinių kūnų ir toliau iki kilometrinių planetesimalų. Tyrėjai nustato, kad kai kuriuose simuliuotuose diskuose yra pakankamai kietos medžiagos surinkti kelioms Žemei panašioms planetoms, o kai kurie iš šių formuojamų kūnų yra tokiuose orbitiniuose atstumuose, kur esant tinkamoms sąlygoms temperatūra leidžia egzistuoti skystam vandeniui.
Porinės nestabilumo supernovos kyla iš žvaigždžių, kurių masė siekia dešimtis iki maždaug šimto Saulės masių. Jos ypač efektyvios sintetizuojant ir išsklaidant sunkiuosius elementus. Modeliai nepriima vienodo praturtinimo prielaidos visoje visatoje; vietoje to jie išsprendžia lokalią praturtėjimą ir maišymosi hidrodinamiką, kuri, kaip paaiškėja, yra lemiama greitai suformuoti kompaktiškiems, metalu turtingiems diskams.
Kodėl tai keičia mūsų supratimą apie ankstyvą planetų formavimąsi
Iki šiol didelio masto modeliai siūlė, kad uolinės planetos negalėjo atsirasti tol, kol visata neišsikaupė sunkiųjų elementų per ilgesnį laiką, galbūt kelis šimtus milijonų metų vėliau. Fokusuodamiesi į šias per daug praturtintas nišas, naujieji darbai teigia, kad laiko juosta gali būti paspartinta. Paprasčiau tariant, tinkamų gyvybei planetų sėklos galėjo pasirodyti beveik iš karto po to, kai mirė pirmoji masyvių žvaigždžių karta.
Tai nereiškia, kad gyvenimas atsirado iš karto. Planetų formavimasis yra vienas žingsnis ilgoje grandinėje, kuri apima stabilias atmosferas, lakiųjų medžiagų, tokių kaip vanduo, išsaugojimą ir ilgą geologinės bei cheminės evoliucijos etapą. Vis dėlto ankstyvųjų uolinių planetų egzistavimas praplečia laiko langą, kuriame priešbiotinė chemija galėjo galiausiai prasidėti.
Danielis Whalenas iš Portsmouth universiteto, vienas tyrimo bendraautorių, taip apibendrino pasekmes: "Teoriškai gyvybei tinkami pasauliai galėjo egzistuoti milijardais metų anksčiau, nei anksčiau manėme, net prieš pirmųjų galaktikų pilną susiformavimą." Stebėjimų požiūriu tokių reliktinių sistemų suradimas mūsų Galaktikoje būtų įmanomas, nes jos turėtų išsaugoti būdingus elementų pėdsakus.
Ką iš tikrųjų rodo modeliai
Modeliai stebėjo, kaip supernovomis praturtintos sritys žlunga ir susiformuoja naujos kartos žvaigždė, kurios masė siekia maždaug 0,7 Saulės, apsupta dulkėto disko. Tame diske tyrėjai identifikavo mažų kietųjų kūnų populiacijas, nuo metrinių agregatų iki kilometrinių planetesimalų, kurie yra klasikiniai planetų pirmtakai. Svarbu, kad kai kurie iš jų susiformavo atstumuose, kertančiuose žvaigždės zoną, kur temperatūra leidžia egzistuoti skystam vandeniui, kas rodo ankstyvą vandens buvimą kartu su uolų formavimo elementais.
Jarrettas Johnsonas, astrofizikas iš Los Alamos nacionalinės laboratorijos, kuris nebuvo tyrimo dalyvis, pakomentavo platesnę reikšmę: "Šis darbas atveria naują langą į tai, kas galėjo vykti per pirmuosius 100 milijonų kosminės istorijos metų. Net jei šios ankstyvos planetos buvo sterilios, gyvybės ingredientai buvo paruošiami labai anksti."
Ekspertų įžvalga
"Vietinis praturtėjimas keičia viską," sako dr. Elena Vega, astrofizikė, besispecializuojanti ankstyvoje žvaigždžių formavime. "Kai nustojate vidurkinėti visatą ir pradedate tirti apylinkes, randate, kad turtingumo salos gali atsirasti beveik iš karto po pirmųjų supernovų. Tos salos yra puikios vietos greitam planetų susidarymui. Kitas žingsnis yra numatyti stebimas savybes, kurių galėtume ieškoti dabartiniais ir artėjančiais instrumentais."
Tolimesni žingsniai ir stebėjimų perspektyvos
Tyrimų komanda planuoja išplėsti savo simuliacijas į vėlesnius planetų augimo etapus, kad patikrintų, ar ankstyvieji planetesimalai gali surinkti pilnai susiformavusias planetas ir kiek vandens tokios planetos galėtų išlaikyti. Jie taip pat modeliuos praturtinimą iš kitų supernovų tipų, kurie greičiausiai buvo įprasti ankstyvojoje visatoje.
Tikrų šio laikotarpio išlikėlių aptikimas Paukščių Take reikalautų kruopščios cheminės forensikos. Iš supernovos praturtintos medžiagos gimusi žvaigždė turėtų rodyti neįprastus sunkiųjų elementų ir dulkėms susijusių izotopų gausos modelius. Aukštos skiriamosios gebos spektroskopiniai tyrimai senųjų, mažos masės žvaigždžių Galaktikos aureolėje ir kamiene yra praktiška vieta pradėti paieškas.
Išvada
Nauji modeliai neįrodo, kad gyvenimas atsirado anksti, tačiau verčia iš naujo permąstyti, kada galėjo susiformuoti pirmosios uolinės planetos. Parodę, kad lokalinė praturtinimas iš porinės nestabilumo supernovų gali tiekti pakankamai kietos medžiagos uoliniams pasauliams sukurti per kosminį akimirką, tyrimas priartina planetų kilmės istoriją prie visatos ankstyvųjų skyrių. Rezultatai paskelbti Astrophysical Journal Letters ir ragina tiek teorikus, tiek stebėtojus ieškoti senesnių, metalu turtingų visatos kišenių planetinių reliktų.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.