Was hat zur Bildung unserer kleinen Ecke des Universums geführt - unserer Sonne und unseres Planetensystems? Seit mehreren Jahrzehnten glauben Wissenschaftler, dass sich das Sonnensystem als Ergebnis einer Stoßwelle eines explodierenden Sterns - einer Supernova - gebildet hat, die den Zusammenbruch einer dichten, staubigen Gaswolke auslöste, die sich dann zusammenzog, um die Sonne und die Planeten zu bilden. Detaillierte Modelle dieses Bildungsprozesses haben jedoch nur unter der vereinfachenden Annahme funktioniert, dass die Temperaturen während der gewalttätigen Ereignisse konstant blieben. Das ist natürlich sehr unwahrscheinlich. Jetzt haben Astrophysiker der Abteilung für terrestrischen Magnetismus (DTM) der Carnegie Institution zum ersten Mal gezeigt, dass eine Supernova tatsächlich die Bildung des Sonnensystems unter den wahrscheinlicheren Bedingungen einer schnellen Erwärmung und Abkühlung ausgelöst haben könnte. Haben diese neuen Erkenntnisse diese langjährige Debatte gelöst?
"Wir haben chemische Beweise von Meteoriten, die auf eine Supernova hinweisen, die seit den 1970er Jahren die Bildung unseres Sonnensystems auslöst", bemerkte Alan Boss, Hauptautor von Carnegie. „Aber der Teufel steckt im Detail. Bis zu dieser Studie war es Wissenschaftlern nicht möglich, ein selbstkonsistentes Szenario zu entwickeln, in dem der Kollaps ausgelöst wird, während neu erzeugte Isotope aus der Supernova in die kollabierende Wolke injiziert werden. “
Kurzlebige radioaktive Isotope - Versionen von Elementen mit der gleichen Anzahl von Protonen, aber einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen -, die in sehr alten Meteoriten gefunden wurden, zerfallen auf Zeitskalen von Millionen von Jahren und verwandeln sich in verschiedene (sogenannte Tochter-) Elemente. Das Auffinden der Tochterelemente in primitiven Meteoriten impliziert, dass die kurzlebigen Radioisotope der Eltern erst etwa eine Million Jahre vor der Bildung der Meteoriten selbst erzeugt worden sein müssen. "Eines dieser Elternisotope, Eisen-60, kann nur in den potenten Kernöfen massereicher oder entwickelter Sterne in erheblichen Mengen hergestellt werden", erklärte Boss. „Eisen-60 zerfällt in Nickel-60, und Nickel-60 wurde in primitiven Meteoriten gefunden. Wir wissen also, wo und wann das Elternisotop hergestellt wurde, aber nicht, wie es hierher gekommen ist. "
Frühere Modelle von Boss und dem ehemaligen DTM-Kollegen Prudence Foster zeigten, dass die Isotope in einer vorsolaren Wolke abgelagert werden könnten, wenn eine Stoßwelle einer Supernova-Explosion auf 6 bis 25 Meilen pro Sekunde verlangsamt würde und die Welle und die Wolke eine konstante Temperatur von - hätten. 10 K (440 ° F). "Diese Modelle funktionierten nicht, wenn das Material durch Kompression erwärmt und durch Strahlung gekühlt wurde, und dieses Rätsel hat ernsthafte Zweifel in der Gemeinde hinterlassen, ob ein Supernova-Schock diese Ereignisse vor über vier Milliarden Jahren ausgelöst hat oder nicht", bemerkte Harri Vanhala. wer fand das negative Ergebnis in seiner Ph.D. Diplomarbeit am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im Jahr 1997.
Unter Verwendung eines adaptiven Hydrodynamik-Codes zur Verfeinerung des Netzes, FLASH2.5, der für die Behandlung von Stoßfronten entwickelt wurde, sowie eines verbesserten Kühlgesetzes betrachteten die Carnegie-Forscher verschiedene Situationen. Bei allen Modellen traf die Schockfront eine vorsolare Wolke mit der Masse unserer Sonne, bestehend aus Staub, Wasser, Kohlenmonoxid und molekularem Wasserstoff, und erreichte Temperaturen von bis zu 1000 K (1.340 ° F). Ohne Kühlung konnte die Wolke nicht zusammenbrechen. Mit dem neuen Kühlgesetz stellten sie jedoch fest, dass die vorsolare Wolke nach 100.000 Jahren 1000-mal dichter war als zuvor und dass die Wärme von der Schockfront schnell verloren ging, was nur zu einer dünnen Schicht mit Temperaturen nahe 1.340 ° F führte (1000 K). Nach 160.000 Jahren war das Wolkenzentrum zusammengebrochen und millionenfach dichter geworden, wodurch der Protosun entstand. Die Forscher fanden heraus, dass Isotope von der Schockfront in einer Weise in den Protosun eingemischt wurden, die mit ihrem Ursprung in einer Supernova übereinstimmt.
"Es ist das erste Mal, dass ein detailliertes Modell für eine Supernova, die die Bildung unseres Sonnensystems auslöst, funktioniert", sagte Boss. "Wir haben mit einem kleinen Knall 9 Milliarden Jahre nach dem Urknall begonnen."
Quelle: Carnegie Institution for Science
