Wat veroorzaakte de vorming van ons kleine hoekje van het universum - onze zon en ons planetair systeem? Al tientallen jaren denken wetenschappers dat het zonnestelsel is ontstaan als gevolg van een schokgolf van een exploderende ster - een supernova - die de ineenstorting veroorzaakte van een dichte, stoffige gaswolk, die vervolgens samentrok om de zon en de planeten te vormen. Maar gedetailleerde modellen van dit vormingsproces hebben alleen gewerkt onder de vereenvoudigende aanname dat de temperaturen tijdens de gewelddadige gebeurtenissen constant bleven. Dat is natuurlijk zeer onwaarschijnlijk. Maar nu hebben astrofysici van het Carnegie Institution's Department of Terrestrial Magnetism (DTM) voor het eerst aangetoond dat een supernova inderdaad de vorming van het zonnestelsel had kunnen veroorzaken onder de meer waarschijnlijke omstandigheden van snelle verwarming en koeling. Hebben deze nieuwe bevindingen dit langdurige debat dus opgelost?
"We hebben chemisch bewijs van meteorieten dat wijst op een supernova die de vorming van ons zonnestelsel sinds de jaren zeventig veroorzaakt," merkte hoofdauteur, Carnegie's Alan Boss, op. 'Maar de duivel zit in de details. Tot deze studie hebben wetenschappers geen zelf-consistent scenario kunnen uitwerken, waarbij instorting wordt veroorzaakt terwijl tegelijkertijd nieuw gecreëerde isotopen van de supernova in de instortende wolk worden geïnjecteerd. "
Kortlevende radioactieve isotopen - versies van elementen met hetzelfde aantal protonen, maar een ander aantal neutronen - gevonden in zeer oude meteorieten vervallen op tijdschalen van miljoenen jaren en veranderen in verschillende (zogenaamde dochter) elementen. Het vinden van de dochterelementen in primitieve meteorieten impliceert dat de kortstondige radio-isotopen van de ouder slechts een miljoen jaar geleden moeten zijn gemaakt voordat de meteorieten zelf werden gevormd. "Een van deze ouderisotopen, ijzer-60, kan alleen in aanzienlijke hoeveelheden worden gemaakt in de krachtige nucleaire ovens van massieve of geëvolueerde sterren", legt Boss uit. “IJzer-60 vervalt in nikkel-60 en nikkel-60 is gevonden in primitieve meteorieten. We weten dus waar en wanneer de ouderisotoop is gemaakt, maar niet hoe deze hier terecht is gekomen. "
Eerdere modellen van Boss en voormalig DTM Fellow Prudence Foster toonden aan dat de isotopen konden worden afgezet in een pre-zonnewolk als een schokgolf van een supernova-explosie vertraagde tot 6 tot 25 mijl per seconde en de golf en wolk een constante temperatuur hadden van - 440 ° F (10 K). "Die modellen werkten niet als het materiaal door compressie werd verwarmd en door straling werd gekoeld, en dit raadsel heeft ernstige twijfels bij de gemeenschap over de vraag of een supernovaschok deze gebeurtenissen meer dan vier miljard jaar geleden veroorzaakte of niet," merkte Harri Vanhala op, die het negatieve resultaat vond in zijn Ph.D. scriptiewerk aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in 1997.
Met behulp van een adaptieve mesh-verfijning hydrodynamica-code, FLASH2.5, ontworpen om schokfronten aan te pakken, evenals een verbeterde koelwet, overwogen de Carnegie-onderzoekers verschillende situaties. In alle modellen trof het schokfront een pre-zonnewolk met de massa van onze zon, bestaande uit stof, water, koolmonoxide en moleculaire waterstof, en bereikte temperaturen tot wel 1.340 ° F (1000 K). Bij gebrek aan koeling kon de wolk niet instorten. Met de nieuwe koelwet ontdekten ze echter dat na 100.000 jaar de pre-zonnewolk 1.000 keer dichter was dan voorheen, en dat de warmte van het schokfront snel verloren ging, wat resulteerde in slechts een dunne laag met temperaturen dichtbij 1.340 ° F (1000 K). Na 160.000 jaar was het wolkencentrum ingestort en een miljoen keer zo dicht geworden dat het de protosun vormde. De onderzoekers ontdekten dat isotopen van het schokfront in de protosun werden gemengd op een manier die consistent was met hun oorsprong in een supernova.
"Dit is de eerste keer dat een gedetailleerd model voor een supernova dat de vorming van ons zonnestelsel veroorzaakt, aantoont te werken," zei Boss. "We zijn 9 miljard jaar na de oerknal begonnen met een Little Bang."
Bron: Carnegie Institute for Science
