Προερχόμαστε από αστερόσκονη...

Προερχόμαστε από αστερόσκονη ... θα έχετε ακούσει να λένε συχνά. Τι σημαίνει όμως ακριβώς αυτό; Τα “συστατικά” του ανθρώπου προέρχονται από τα αστέρια; Και όμως, αυτή η φράση είναι πιο ακριβής από όσο νομίζετε.

Αν μεταφερθούμε στην κοσμική μας γειτονιά, σε μια σπείρα του γαλαξία μας θα βρούμε αστέρια σε διάφορα μεγέθη, σκόνη, μεσοαστρικό αέριο, πυκνά νεφελώματα σε στάδιο κατάρρευσης που γεννούν αστέρες, και ίσως κάποιο υπόλειμμα υπερκαινοφανούς. Γνωρίζουμε ότι μέσω της πυρηνικής σύντηξης τα άστρα συνθέτουν διάφορα χημικά στοιχεία. Από την άλλη, τα αστέρια μεγάλης μάζας που τελειώνουν τη ζωή τους σαν υπερκαινοφανείς, συνθέτουν διαφορετικά χημικά στοιχεία κατά την έκρηξη τους. Με αυτές τις διαδικασίες τα χημικά στοιχεία εναποτίθενται από τα αστέρια (ή αστρικά συστήματα) στην κοσμική τους γειτονιά και την εμπλουτίζουν με νέα “υλικά”. Τα νέα αστέρια και πλανητικά συστήματα δημιουργούνται σε πυκνα νεφελώματα στον γαλαξία, συνεπώς, περιέχουν μια μίξη από τα χημικά στοιχεία που προέρχονται από το νεφέλωμα που τα “γέννησε”. Όσα από αυτά βρίσκονται στη Γη, προέρχονται δηλαδή από τη συμπαντική μας γειτονιά και έχουν δημιουργηθεί κυρίως και μεταξύ άλλων, μέσα από διεργασίες που συνέβησαν κατά τη δημιουργία του σύμπαντος, κατά τον θάνατο των άστρων, καθώς και σε συγκρούσεις συμπαγών αντικειμένων. Με άλλα λόγια, όλα τα χημικά στοιχεία που βρίσκονται στο σώμα μας, δημιουργήθηκαν σε κάποιο αστροφυσικό σύστημα στο Σύμπαν!

Ας δούμε λοιπόν πιο αναλυτικά από που προέρχονται τα διάφορα χημικά στοιχεία και ας ξεκινήσουμε από το πιο ελαφρύ και πιο άφθονο στοιχείο, το υδρογόνο. To 1948 οι Alpher, Bethe και Gamow δημοσίευσαν μια πρωτοπόρα εργασία (γνωστή και ως “αβγ”) στην οποία υποθέτουν πως τα ελαφρά στοιχεία (π.χ. υδρογόνο και ήλιο) δημιουργήθηκαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Παρόλο που η εργασία δεν προέβλεπε ορθά την αφθονία των βαρύτερων στοιχείων, υπολόγισε με εντυπωσιακή ακρίβεια την αφθονία του υδρογόνου και του ηλίου που δημιουργήθηκαν πριν τη δημιουργία αστέρων!

Τι γίνεται όμως με τα υπόλοιπα χημικά στοιχεία; Στα αστέρια γνωρίζουμε ότι λόγω των πολύ υψηλών θερμοκρασιών και πυκνοτήτων έχουμε καύση υδρογόνου σε ήλιο. Αυτή η διαδικασία παράγει ενέργεια συνθέτοντας ολοένα και πιο βαριά στοιχεία (για παράδειγμα άνθρακας, άζωτο, οξυγόνο κτλ), και ανάλογα με τη μάζα του αστέρα μπορεί να φτάσει μέχρι το σίδηρο! Στο σημείο αυτό, το αστέρι πρέπει να δαπανήσει ενέργεια για να δημιουργήσει βαρύτερα στοιχεία μέσω σύντηξης και έτσι η σύντηξη σταματάει. Για μια λεπτομερή εξήγηση του φαινομένου αυτού σας παραπέμπουμε στην αντίστοιχη ερώτηση.

Για πολλά χρόνια, η επιστημονική κοινότητα θεωρούσε ότι τα πιο βαριά στοιχεία στο Σύμπαν, όπως για παράδειγμα ο χρυσός, προέρχονται κυρίως από εκρήξεις υπερκαινοφανών. Κατά τον εκρηκτικό αυτό θάνατο των μαζικών αστεριών, δημιουργούνται συγκεκριμένες συνθήκες (πολύ υψηλής θερμοκρασίας και πυκνότητας) που ευνοούν πυρηνικές αντιδράσεις για τη δημιουργία βαρέων στοιχείων όπως είναι το νικέλιο, το κάλιο ή το οξυγόνο. Οι κυρίαρχες αντιδράσεις είναι αυτές της σύλληψης πρωτονίου ή νετρονίου από κάποιον πυρήνα ατόμου. Παρόλα αυτά, οι θεωρητικές προβλέψεις για την πυρηνοσύνθεση από τις εκρήξεις υπερκαινοφανών δεν μπορούν να εξηγήσουν την αφθονία όλων των βαρέων μετάλλων στο Σύμπαν.

Η εικόνα αυτή άλλαξε όταν ανιχνεύτηκε το γεγονός βαρυτικών κυμάτων GW170817 στις 17 Αυγούστου 2017 από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo, το οποίο προήλθε από μια σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων που βρίσκονταν 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά! Η ανακοίνωση αυτή ενθουσίασε την επιστημονική κοινότητα μιας και ήταν η πρώτη επιβεβαιωμένη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από σύγκρουση αστέρων νετρονίων αλλά και η πρώτη παρατήρηση έκλαμψης ακτίνων γάμμα που συνόδεψε το προαναφερθέν γεγονός. Όλες αυτές οι ποικίλες πληροφορίες αποκάλυψαν τις ιδιότητες του προγεννήτορα των παρατηρήσεων (π.χ. μάζες αστέρων νετρονίων και απόσταση) αλλά και το πιο σημαντικό: ποια χημικά στοιχεία δημιουργούνται σε αυτές τις εκρηκτικές περιοχές και σε ποια αφθονία. Από τις παρατηρήσεις, οι επιστήμονες συμπέραναν ότι βαριά στοιχεία όπως ο χρυσός, η πλατίνα ή το ουράνιο προέρχονται από συγκρούσεις αστέρων νετρονίων!

Την επόμενη φορά λοιπόν που θα δείτε ένα χρυσό άγαλμα ή κόσμημα, θα ξέρετε από που έχει αρχικά προέλθει η πρώτη του ύλη...