Mapowanie pierwiastków życia w Drodze Mlecznej

dnia 08/01/2017

Sześć podstawowych pierwiastków życia na Ziemi (stanowiących ponad 97% masy ludzkiego ciała) to węgiel, wodór, azot, tlen, siarka i fosfor. Kolory w widmie charakteryzują się spadkami, których rozmiar dostarcza informacji o obfitości poszczególnych pierwiastków w atmosferze gwiazdy. Źródło: Dana Berry/SkyWorks Digital Inc; SDSS collaboration

Stwierdzenie, że „jesteśmy dziećmi gwiazd” to już oklepany slogan – nie zmienia to faktu, że większość pierwiastków niezbędnych do życia powstaje w gwiazdach.

„Po raz pierwszy w historii, możemy badać rozkład pierwiastków w naszej galaktyce,” mówi Sten Hasselquist z New Mexico State University. „Pierwiastki, których obfitość mierzymy odpowiadają za 97% masy ludzkiego ciała.”

Nowe wyniki opracowano na podstawie katalogu ponad 150 000 gwiazd; dla każdej z gwiazd oznaczono obfitość każdego z ponad dwudziestu pierwiastków chemicznych. Nowy katalog obejmuje tak zwane „pierwiastki CHNOPS” – C-węgiel, H-wodór, N-azot, O-tlen, P-fosfor, S-siarka – które stanowią podstawowy składnik życia na Ziemi. To pierwszy w historii pomiar obfitości tych pierwiastków dla tak dużej liczby gwiazd.

Skąd wiemy ile danego pierwiastka zawiera gwiazda? Astronomowie wszak nie mogą odwiedzić gwiazdy, aby pobrać próbkę i sprawdzić z czego ona się składa – dlatego też korzystają z techniki zwanej spektroskopią. Spektroskopia pozwala rozłożyć światło emitowane przez gwiazdę na widmo. Następnie posiadając takie widmo, astronomowie mogą zmierzyć głębokość jasnych i ciemnych pasm w widmie. O głębokości tych pasm decyduje obfitość poszczególnych pierwiastków.

Astronomowie z projektu Sloan Digital Sky Survey  dokonali tych obserwacji za pomocą spektrografu APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) zainstalowanego na 2.5-metrowym Sloan Foundation Telescope w Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku. Instrument ten rejestruje światło w bliskiej podczerwieni, a następnie rozkłada je na składowe, odkrywając przed naukowcami różne pierwiastki w atmosferach obserwowanych gwiazd. Część z prawie 200 000 gwiazd badanych za pomocą APOGEE pokrywa się z gwiazdami obserwowanymi przez teleskop Kepler, którego głównym celem jest poszukiwanie planet podobnych do Ziemi. Wyniki zaprezentowane wczoraj skupiają się na dziewięćdziesięciu gwiazdach z pola Keplera, które najprawdopodobniej posiadają planety skaliste, a które jednocześnie zbadane zostały za pomocą APOGEE.

Najnowsze pomiary składu chemicznego gwiazd wykonane zostały za pomocą spektrografu, który rejestruje promieniowanie w podczerwieni – APOGEE zainstalowanego na 2.5-metrowym teleskopie Sloan Foundation Telescope w Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku.

Jon Holtzman z New Mexico State University tłumaczy, że „pracując w podczerwieni, APOGEE może obserwować gwiazdy w znacznie większej części Drogi Mlecznej niż gdyby pracował w zakresie widzialnym. Promieniowanie podczerwone swobodnie przenika przez pył międzygwiezdny, a APOGEE pozwala nam obserwować szeroki zakres długości fali, dlatego też możemy mierzyć obfitość wielu pierwiastków.”

Nowy katalog już pozwala astronomom uzyskać nową wiedzę o historii i strukturze naszej galaktyki, jednocześnie potwierdzają nasz bezpośredni związek z kosmosem. Wiele atomów tworzących nasze ciała powstało w zamierzchłej przeszłości we wnętrzach gwiazd, a następnie przemierzyło długą drogę, aby teraz znaleźć się w naszych organizmach.

Choć nasze organizmy aż w 65% składają się z tlenu,  tlen stanowi mniej niż 1% masy wszystkich pierwiastków w przestrzeni kosmicznej. Gwiazdy składają się głównie z wodoru, lecz w ich widmach można dostrzec także niewielkie ilości cięższych pierwiastków takich jak tlen. Dzięki najnowszym badaniom APOGEE odkrył więcej tych cięższych pierwiastków w wewnętrznych obszarach Galaktyki. Gwiazdy znajdujące się bliżej środka galaktyki są starsze, a to oznacza, że więcej pierwiastków niezbędnych dla życia wcześniej powstało w wewnętrznych obszarach galaktyki, niż w zewnętrznych.

Choć fajnie jest pospekulować nad wpływem składu chemicznego wewnętrznych obszarów Galaktyki na to gdzie pojawia się życie, dużo lepiej nam idzie rozumienie procesów gwiazdotwórczych w Drodze Mlecznej. Z uwagi na fakt, że procesy prowadzące do powstania każdego pierwiastka zachodzą w określonych typach gwiazd i postępują w różnym tempie, pozostawiają określone sygnatury w obfitości chemicznej mierzonej w ramach SDSS/APOGEE. W związku w powyższym, najnowszy katalog obfitości pierwiastków stanowi doskonałe dane do porównania z przewidywaniami modeli formowania galaktyk.

Źródło: SDSS

Dodaj komentarz