Jak organiczne makromolekuły powstają w dyskach protoplanetarnych wokół młodych gwiazd

Naukowcy wykorzystali modelowanie komputerowe oparte na obserwacjach, aby znaleźć wyjaśnienie, w jaki sposób makromolekuły mogą tworzyć się w krótkim czasie w dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd. Odkrycia te mogą pomóc w zrozumieniu, w jaki sposób mogą tworzyć się warunki umożliwiające powstawanie życia.

Makromolekuły w kosmosie

.Makromolekuły organiczne są uważane przez badaczy za budulec życia, ponieważ mają kluczowe znaczenie dla składowych życia na Ziemi, takich jak węgiel czy azot. Naukowcy planetarni od dawna zakładają, że makromolekuły organiczne, które sprawiają, że Ziemia nadaje się do życia, pochodzą z tak zwanych chondrytów. Są to skaliste bloki budulcowe, z których powstała nasza planeta około 4,6 miliarda lat temu, a które dziś znane są jako meteoryty.

Chondryty powstają na wczesnych etapach poprzez gromadzenie się pyłu i małych cząstek w dysku protoplanetarnym, który tworzy się wokół młodej gwiazdy. Ale do tej pory astronomowie nie wiedzieli, w jaki sposób powstały makrocząsteczki obecne na tych ciałach kosmicznych. Naukowcy z University of Bern, pod kierownictwem Nielsa Ligterinka, postanowili zrozumieć to zjawisko. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

„Materia makrocząsteczkowa jako taka jest odpowiedzialna za skład węgla i azotu na Ziemi i zapewnia warunki do życia. Do tej pory nie było jednak jasne, gdzie powstała ona w kosmosie” – wyjaśnia Ligterink.

Dyski protoplanetarne

.Na potrzeby badani, astronomowie połączyli w swoim modelu dwa znane już zjawiska. Pierwszym z nich było to, polegające na tym, że w dysku pyłowym orbitującym wokół młodej gwiazdy istnieją regiony, w których gromadzi się pył i lód. W takiej pułapce pyłowej lub lodowej, zamarznięty pył nie pozostawał nieruchomy, ale poruszał się w górę i w dół, przez co zachodziły mechanizmy tworzenia tak zwanych planetozymalami – prekursorów i elementów budulcowych planet.

Drugie zjawisko polegało na silnym napromieniowaniu, na przykład światłem gwiezdnym, prostych mieszanin lodu. Badania laboratoryjne wykazały, że w wyniku napromieniowania mogą powstawać bardzo złożone cząsteczki o wielkości setek atomów. Molekuły te zawierały głównie atomy węgla i można je porównać do sadzy lub grafenu.

Naukowcy założyli, że gdyby istniały pułapki na pył, które również byłyby narażone na intensywne światło gwiazd, to mogłyby się tam tworzyć organiczne makromolekuły. Aby przetestować swoją hipotezę, badacze stworzyli model, który pozwolił im obliczyć różne warianty, w których mogą tworzyć się tego typu cząsteczki. Astronomowie wykazali, że w odpowiednich warunkach tworzenie makromolekuł jest rzeczywiście możliwe w ciągu zaledwie kilku dekad.

„Oczywiście spodziewaliśmy się tego wyniku, ale to była miła niespodzianka, że był on tak oczywisty. Mam nadzieję, że badania zwrócą większą uwagę na wpływ ciężkiego promieniowania na złożone procesy chemiczne. Większość badaczy koncentruje się na stosunkowo małych cząsteczkach organicznych o wielkości kilkudziesięciu atomów, podczas gdy chondryty, budulec planet, zawierają głównie duże makrocząsteczki” – podkreśla Ligterink.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

Oprac. EG