Az élet alapanyagai: A Cassiopeia A csillagrobbanás rejtett titkai

A Cassiopeia A, a galaxis legfiatalabb ismert csillagrobbanása, meglepetést keltő felfedezésre adott alkalmat az asztrofizikusoknak. A robbanás maradványában rendkívül magas koncentrációban találtak klórt és káliumot, amelyek rendkívül fontosak a bolygóformálódás és az élet alapjai szempontjából. Ez a felfedezés új kérdéseket vet fel az élet keletkezésének feltételeiről a Tejútben.

A robbantott csillagok maradványai, a supernova maradványok, általában gazdagak az oxigén és magnézium például olyan elemekben, amelyek páros számú protonnal rendelkeznek atommagjukban. Azonban az „odd-Z” elemek, amelyek páratlan számú protonnal bírnak, természeténél fogva kevésbé stabilak, ezért kevésbé valószínű, hogy ezek a robbanások során jönnek létre. Ezért a standard modellek alacsony szintű jelenlétüket jósolják a világegyetemben.

A Kyotói Egyetem Kai Matsunaga vezetésének kutatói a szeptember 2023-ben indított XRISM űrtávcső segítségével kétszer vizsgálták meg a Cassiopeia A-t. A szupernóva maradványainak intenzív hőmérsékletén az atomok elhagyják elektronjaikat, és kibocsátanak egyedi röntgen ujjlenyomatokat, amelyeket a kísérő érzékelők észlelhetnek. A kutatók a páratlan protonnal rendelkező elemek gyenge jeleit összehasonlították a kén és argón például páros protonnal rendelkező elemek erősebb jeleivel, mint stabil referencia pontokkal.

A mérések azt mutatták, hogy a Cassiopeia A supernova sokkal több klórt és káliumot termelt, mint a standard modellek jósolták. Ez arra utal, hogy a elméleti fizikusoknak újra kell gondolniuk, hogyan készítik elő ezeket a ritka elemeket a hatalmas csillagok. Bizonyos széles körben használt modellek nem egyeznek meg a Cassiopeia A konkrét feltételeivel.

„Habár az írók kiemelik, hogy megfigyeléseik ütköznek az előző modellekkel, a kép összetettebb,” mondja Stan Woosley a Kaliforniai Egyetem Santacruz-i kampuszáról, aki nem vett részt a kutatásban. „Nem azt mondhatjuk, hogy minden modellünk helytelen. Vannak, amelyek jobban működnek, mint mások, és néhány ésszerűen egyezik. A lényeg az, hogy ezek a megfigyelések új, konkrét információt nyújtanak az asztrofizikusoknak a modellek javításához és a hatalmas csillag robbanásának jobb megértéséhez.”

A Cassiopeia A új mérései lehetővé tették Matsunaga és munkatársainak a hosszú ideje tartó elméletek tesztelését, amelyek szerint a páratlan protonnal rendelkező elemek hogyan alakulhatnak ki a hatalmas csillagokban – a csillagok forgásán, a kétszeres csillagok interakcióján vagy a csillag belsejében lévő különböző égési rétegek egyesülésén keresztül. Eddig nem volt lehetőség ezeknek az elméleteknek a valós adatokkal való ellenőrzésére.

„Még mindig nem rendelkezünk teljes megértéssel arról, hogy milyen típusú csillagok járultak hozzá [ehhez] a galaktikus készlethez,” mondja Katharina Lodders a Washingtoni Egyetem St. Louisban, Missouri, aki nem vett részt a kutatásban. „Különösen a klór eredetének – egy elemnek, amely bőséges a óceánainkban.”

Ha ezek a felfedezések más supernova maradványokban is igazak, átalakítva gondolkodhatunk az életre szükséges elemek eloszlásáról a Tejúton belül. Vannak olyan régiók, amelyek jobban elláttatottak az élet alkotóelemeivel, mint mások, attól függően, hogy mely csillagok vetették el a bolygóikat – ami azt sugallhatja, hogy bármely idegen élet egyenetlenül oszlik el a galaxisunkban.

„Ez biztosan lehetséges,” mondja Matsunaga, „de a jelenlegi eredmények alapján nem mondhatjuk el biztosan.” Nem világos, hogy a Cassiopeia A egyedi eredménye a magas mennyiségű páratlan protonnal rendelkező elem termelése, vagy hogy általános-e a supernova maradványok esetében, mondja. „A jövőbeli megfigyelések más supernova maradványokról az XRISM-tel vagy a közelgő eszközökkel elengedhetetlenek ehhez a kérdés megválaszolásához.