Kosmiczny Teleskop Spitzera trafił na rzadki ślad występowania razem węgla i tlenu w pyle otaczającym gwiazdy w centrum Drogi Mlecznej. Pierwiastki te nie mogą powstawać w gwiazdach jednocześnie – musi zajść zmiana ich składu chemicznego.

W trakcie życia gwiazdy, gdy staje się coraz bardziej gorąca, w wyniku reakcji termojądrowych wodór zamieniany jest w hel, a następnie w cięższe pierwiastki. Najcięższe pierwiastki łączą się wewnątrz jądra gwiazdy i są jedynie wyrzucane ku powierzchni gwiazdy pod koniec jej życia.

W Wielkim Wybuchu powstał tylko wodór i hel. Cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen, powstały w wyniku reakcji wewnątrz gwiazd. Pierwiastki te są cegiełkami życia, jakie znamy.

W przypadku gwiazd wielkości Słońca, atomy węgla są wyrzucane wraz z wodorem i helem podczas ostatnich 50 tysięcy lat ich życia, trwającego 10 miliardów lat. Wyrzucone atomy tworzą obłok gazu wokół gwiazdy – w efekcie powstaje mgławica planetarna, która z czasem rozprasza się w przestrzeni, aż materia zostanie ponownie wykorzystana jako budulec powstającej gwiazdy, planety, czy nawet substancji zapoczątkowujących życie na planecie podobnej do Ziemi.

Przy dużo większej gwieździe, wszystkie cięższe niż wodór i hel składniki, w tym metale, są wyrzucane w przestrzeń w wyniku potężnej eksplozji supernowej. Metale, które znajdują się na Ziemi powstały w reakcjach fuzji jądrowej w gwiazdach pokolenia starszego od Słońca. Cały Układ Słoneczny powstał z gazu i pyłu, zawierającego te same składniki, które występują na Ziemi i budują żywe organizmy.

Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera, astronomowie wejrzeli w centralne zgrubienie naszej galaktyki – Drogi Mlecznej – obserwując 26 gwiazd i otaczające je mgławice planetarne. Gwiazdy te są stare i obfitujące w metale i inne ciężkie pierwiastki. Naukowcy zbadali promieniowanie emitowane przez gwiazdy i otaczający jej pył. W 21 przypadkach w obłokach pyłu trafiono na obecność związków węgla. Co więcej, w tych samych chmurach znaleziono tlen, ukazując niespodziewaną miksturę składników kosmicznego pyłu.

Jedynym sposobem, by gwiazda produkowała atomy tych dwóch pierwiastków, jest zmiana jej składu chemicznego. Taka mieszanka mogła też powstać, gdy gazowy dysk z powstałego wcześniej tlenu otacza układ podwójny gwiazd, produkujący węgiel i zasilający nim ten dysk. Jednak w mgławicach planetarnych w zgrubieniu centralnym Galaktyki nic nie wskazuje na obecność gwiazd podwójnych. Zmiana składu chemicznego musiała natomiast zajść stosunkowo niedawno, gdyż w tej okolicy nie ma gwiazd, które na diagramie Hertzsprunga-Russella znajdują się w tak zwanej asymptotycznej gałęzi olbrzymów, co wskazywało by na nadwyżkę węgla w ich atmosferach.

Gałąź AGB (Asymptotic Giant Branch) określa późny okres ewolucji gwiazd małej i średniej masy. Jądro takich gwiazd zbudowane jest z węgla i tlenu, jest otoczone przez warstwę helu i zewnętrzną warstwę wodoru. Przez większość czasu źródłem energii jest fuzja wodoru, jednak raz na kilka tysięcy lat również warstwa helu może brać udział w reakcjach produkując węgiel. Podczas trwającej około 100 tysięcy lat ewolucji w AGB, okresy przemiany helu (nazywane impulsem termicznym) zazwyczaj bardzo wydajnie przenoszą produkty reakcji z głębi gwiazdy w kierunku jej powierzchni, dosłownie “wygrzebując” cięższe pierwiastki.

Wynika z tego zatem, że występujący razem tlen i węgiel musiał powstać w wyniku niedawnego impulsu termicznego w gwiazdach w zgrubieniu centralnym Galaktyki. Kluczem do poznania Drogi Mlecznej, występujących w niej gwiazd, planet i życia, jest więc zbadanie sposobu, w jaki powstają budujące je pierwiastki chemiczne.

Autor

Wojtek Rutkowski