Supernovas &Other Big Bangs:Where Your Body Comes From
Αυτό το απόφθεγμα του Carl Sagan είναι ένα από τα πιο διάσημα ρητά του, και για καλό λόγο:εκφράζει μια χαρά, μια σύνδεση μεταξύ μας και του σύμπαντος που δίνει τον τίτλο της στη διάσημη τηλεοπτική του σειρά. Είναι (τολμώ να πω) ένα γεγονός τόσο ρομαντικό που ο Neil DeGrasse Tyson το χαρακτήρισε ως την πιο εκπληκτική γνώση που θα μοιραζόταν για το σύμπαν.
Είναι μια συγκλονιστική σκέψη:σχεδόν κάθε άτομο του σώματός μας πέρασε από ένα αστέρι και πολλά σφυρηλατήθηκαν επίσης από αστέρια. Αυτό ισχύει επίσης για τους βράχους κάτω από τα πόδια μας, τα αέρια που γεμίζουν τους λαμπτήρες μας, τον αέρα που αναπνέουμε, ακόμα και τα labradoodles. Ο γαλαξίας μας περιέχει δισεκατομμύρια πλανήτες, τόσο περιπλανώμενους όσο και οικιακούς, και είναι σχεδόν βέβαιο ότι ο Γαλαξίας δεν είναι μοναδικός από αυτή την άποψη. Κάθε ένας από αυτούς τους πλανήτες, είτε φέρει ζωή είτε όχι, είναι φτιαγμένος από αστρικά υλικά. Είναι ακόμη πιο εκπληκτικό αν σκεφτεί κανείς ότι μεγάλο μέρος των «κανονικών» υλικών της γήινης ζωής -άνθρακας, οξυγόνο, άζωτο, σίδηρος, ασβέστιο, θείο και ούτω καθεξής- αποτελούν περίπου το 1% όλων των ατόμων στο σύμπαν.
Είμαστε κοινοί. είμαστε σπάνιοι.
Η ιστορία των ατόμων στο σώμα μας είναι η ιστορία του σύμπαντος με πραγματική έννοια. Ένα πρωτόνιο στον πυρήνα ενός ατόμου σιδήρου σε ένα ερυθρό αιμοσφαίριο μπορεί να γεννήθηκε στη Μεγάλη Έκρηξη, να πέρασε από πολλά αστέρια και να πετάχτηκε στον γαλαξία πριν καταλήξει στην τρέχουσα θέση του στην ανατομία σας.
Τα περισσότερα από τα άτομα στον κόσμο είναι υδρογόνο - το απλούστερο άτομο, του οποίου μόνο ένα πρωτόνιο για έναν πυρήνα - ενώ τα περισσότερα από τα υπόλοιπα είναι ήλιο, το επόμενο μικρότερο άτομο. Τα περισσότερα από αυτά τα άτομα (μαζί με μικρές ποσότητες λιθίου και βορίου) γεννήθηκαν μέσα σε λίγα λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Παρά την έντονη ζέστη και πίεση, απλά δεν υπήρχε χρόνος για να δημιουργηθούν πολλοί βαρύτεροι πυρήνες. Το πρώιμο σύμπαν ήταν χημικά απλό.. Όταν η πρώτη γενιά αστεριών του σύμπαντος συνενώθηκαν, ήταν κυρίως κατασκευασμένα από μεμονωμένα ηλεκτρόνια και πρωτόνια (δηλαδή υδρογόνο), αφού αυτό ήταν διαθέσιμο. Σύμφωνα με τα μοντέλα μας, ωστόσο, αυτά τα αστέρια ήταν τεράστια, έτσι γρήγορα συντήξαν το διαθέσιμο υδρογόνο τους σε ήλιο και ήταν αντίστοιχα βραχύβια. Μόλις εξαντληθεί το απόθεμα υδρογόνου στον πυρήνα του, ένα αστέρι υφίσταται μια σειρά από διαστολές και συστολές στο τέλος του κύκλου ζωής του, με νέες διαδικασίες σύντηξης που σφυρηλατούν άνθρακα, οξυγόνο και - εάν το αστέρι είναι αρκετά μεγάλο - βαρύτερα στοιχεία. (Ο Ήλιος μας βρίσκεται στη μέση του κύριου μέρους της ζωής του, περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια από τότε που τελειώσει το καύσιμο υδρογόνου.)
Για τα πρώιμα, τεράστια αστέρια του σύμπαντος, η ζωή τους τελείωσε απότομα σε εκρήξεις σουπερνόβα, οι οποίες είναι αρκετά ζεστές και ενεργητικές ώστε να παράγουν νέα στοιχεία από μόνα τους, παρέχοντας ταυτόχρονα ένα καταστροφικό και δημιουργικό περιβάλλον σε ένα μέρος. Ακόμη και όταν σκίζουν το αστέρι, οι εκρήξεις δημιουργούν και εκτοξεύουν νέα χημικά στοιχεία στο διάστημα. Τα πρώτα αστέρια μπορεί να γεννήθηκαν από υδρογόνο, αλλά πέθαναν σε ένα σύννεφο βαρύτερων ατόμων. Αυτά τα νέα στοιχεία δεν ήταν ακόμα πολυάριθμα σε σύγκριση με το αρχέγονο υδρογόνο και ήλιο, αλλά ακόμη και ο μικρός αριθμός τους ήταν αρκετός για να αρχίσει να αλλάζει τη χημεία του σύμπαντος.
Εδώ ξεκίνησε και η χημεία της ζωής. Το υδρογόνο γεννήθηκε στον απόηχο της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά χωρίς το οξυγόνο από τα αστέρια, δεν θα μπορούσε να υπάρξει νερό. Το σώμα σας είναι ως επί το πλείστον φτιαγμένο από νερό (αν και κατά ποσοστό εξαρτάται από τον τρόπο που το υπολογίζετε) και όλη η ζωή όπως την ξέρουμε εξαρτάται από το υγρό νερό. Το υδρογόνο σε αυτό το νερό πέρασε μέσα από ένα αστέρι για να ενωθεί με το οξυγόνο που δημιουργήθηκε από τα αστέρια, για να γίνει μέρος του κυτταροπλάσματος σε ένα δερματικό κύτταρο της επιδερμίδας σας δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα.
Η δεύτερη γενιά αστεριών σχηματίστηκε από τα συντρίμμια της πρώτης, και δεν ήταν όλα τεράστια και γρήγορα φλεγόμενα. πολλά υπάρχουν ακόμα και σήμερα. Αυτοί που ήταν Ο μαζικός, ωστόσο, είχε παρόμοια σύντομη διάρκεια ζωής και πέθανε επίσης σε σουπερνόβα, διανέμοντας ακόμη περισσότερα στοιχεία στο διάστημα. Ο σίδηρος στην αιμοσφαιρίνη στο αίμα σας έγινε σε μια τέτοια έκρηξη.
Οι σουπερνόβα δεν είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο τα αστέρια που πεθαίνουν διαδίδουν τον χημικό πλούτο. Οι ατμόσφαιρες των τεράστιων αστεριών που πεθαίνουν δεσμεύονται ελάχιστα από τη βαρύτητα. Καθώς πάλλονται, ρίχνουν τεράστιες ποσότητες αερίου με τη μορφή αστρικού ανέμου. (Το ανάλογο του Ήλιου είναι ο ηλιακός άνεμος, ο οποίος χάρη στην πιο ήσυχη ζωή του αστεριού μας είναι πολύ πιο ήρεμος.) Το πιο ψυχρό περιβάλλον μακριά από το αστέρι επιτρέπει στα άτομα να ενωθούν για να σχηματίσουν μόρια:μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα, μερικοί από τους πρόδρομους της ζωής.
Ο Betelgeuse—το λαμπρό κόκκινο αστέρι που σχηματίζει τον «ώμο» του αστερισμού του Ωρίωνα—είναι ένας τέτοιος γίγαντας που πεθαίνει. Παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) στη Χιλή ανακάλυψαν ότι ο Betelgeuse περιβάλλεται από ένα τεράστιο νέφος εκτοξευόμενου υλικού, πλάτους σχεδόν 2 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων. Το σύννεφο περιέχει πληθώρα μορίων πλούσιων σε οξυγόνο, ειδικά διοξείδιο του πυριτίου — το οποίο στη Γη είναι κοινή άμμος παραλίας. Ένα άτομο πυριτίου στη δική σας αορτή παρασύρθηκε στο διάστημα από αστρικούς ανέμους.
Έξω από τους πυρήνες των άστρων βρίσκονται τα περιβλήματά τους, τα οποία είναι πολύ κρύα για να συντήξουν άτομα, αλλά λειτουργούν ως διαφορετικοί τύποι πυρηνικών αντιδραστήρων. Τα νετρόνια από τον πυρήνα βομβαρδίζουν άτομα στα εξωτερικά στρώματα του άστρου, δημιουργώντας βαρύτερα στοιχεία που παρασύρονται από τον αστρικό άνεμο. Ακόμη και το σπάνιο στοιχείο τεχνήτιο, το οποίο είναι ασταθές και δεν απαντάται φυσικά στη Γη (το όνομά του σημαίνει ακόμη και «τεχνητό»), παράγεται στους φακέλους των γιγάντων αστεριών. Κάποιο μέρος του ασβεστίου στα δόντια σας και του γάλακτος που δίνετε για να θηλάσει το μωρό σας παραποιήθηκε επίσης με αυτόν τον τρόπο.
Ακόμη και τα αστέρια μικρότερης μάζας, που δεν πεθαίνουν εκρηκτικά, ρίχνουν απαλά τα εξωτερικά τους στρώματα με τη μορφή πλανητικών νεφελωμάτων, σπέρνοντας το διάστημα με στοιχεία και οργανικά μόρια, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων, τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών που βρίσκονται σε εσάς και σε κάθε άλλο οργανισμό. Άλλα είδη αστρικού θανάτου—η έκρηξη ενός λευκού νάνου και η σύγκρουση πάλσαρ—θα μπορούσαν επίσης να ευθύνονται για ορισμένα άτομα.
Ο Ήλιος, με τους πλανήτες και τα όντα του που κάθονται γύρω και σκέφτονται αυτά τα πράγματα, δεν είναι ούτε αστέρι πρώτης ούτε δεύτερης γενιάς. Το ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε από ένα νεφέλωμα που ήταν το ίδιο το νεκροταφείο τουλάχιστον ενός αστεριού, το οποίο περιείχε αρκετό σίδηρο και νικέλιο για να φτιάξει τη Γη, τη Σελήνη και τους άλλους βραχώδεις κόσμους. Στην πραγματικότητα, οι ερευνητές εντόπισαν δύο κόκκους διοξειδίου του πυριτίου σε μετεωρίτες —σχεδόν αφάνταστα μικρά δείγματα— που περιέχουν ισότοπα οξυγόνου που δεν είναι γνωστό ότι σχηματίζονται από αστρικές ατμόσφαιρες, αλλά ταιριάζουν με αυτά που παράγονται σε σουπερνόβα.
Όποια και αν είναι η συγκεκριμένη πηγή, μεταξύ της σύντηξης και άλλων πυρηνικών διεργασιών σε αστέρια που πεθαίνουν, με ανέμους και εκρήξεις για να διασπείρουν τα προϊόντα τους, τα αστέρια παρέχουν σχεδόν κάθε στοιχείο που βρίσκεται στη Γη και τα μέσα για να τα φέρουν στο διάστημα. Η ιστορία αυτών των ατόμων και το ταξίδι τους από την αρχή του χρόνου μέχρι την ανατομία μας είναι η ιστορία μας. Ακόμα καλύτερα, είναι μια ιστορία που μοιραζόμαστε με labradoodles και μετεωρίτες, πέτρες και τρεχούμενα ρυάκια. Δεν θα το άλλαζα λίγο.
Ο Μάθιου Φράνσις είναι φυσικός, συγγραφέας επιστημών, δημόσιος ομιλητής, εκπαιδευτικός και συχνά φορώντας καπέλα. Αυτήν τη στιγμή γράφει ένα βιβλίο για την κοσμολογία, με τίτλο, Back Roads, Dark Skies:A Cosmological Journey.
