Een onderzoeksteam onder leiding van de University of Minnesota School of Physics and Astronomy Professor Yong-Zhong Qian gebruikt nieuwe modellen en bewijs van meteorieten om aan te tonen dat een supernova met een lage massa de vorming van ons zonnestelsel heeft veroorzaakt.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het meest recente nummer van Natuurcommunicatie .

Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, een wolk van gas en stof die uiteindelijk ons ​​zonnestelsel vormde, werd verstoord. De daaropvolgende zwaartekrachtinstorting vormde de proto-zon met een omringende schijf waar de planeten werden geboren. Een supernova - een ster die aan het einde van zijn levenscyclus explodeert - zou genoeg energie hebben om zo'n gaswolk samen te persen. Toch was er geen sluitend bewijs om deze theorie te ondersteunen. In aanvulling, de aard van de triggerende supernova bleef ongrijpbaar.

Qian en zijn medewerkers besloten zich te concentreren op kortlevende kernen in het vroege zonnestelsel. Door hun korte levensduur, deze kernen kunnen alleen afkomstig zijn van de triggerende supernova. Hun abundanties in het vroege zonnestelsel zijn afgeleid van hun vervalproducten in meteorieten. Als het puin van de vorming van het zonnestelsel, meteorieten zijn vergelijkbaar met de overgebleven stenen en mortel op een bouwplaats. Ze vertellen ons waar het zonnestelsel van gemaakt is en in het bijzonder, welke kortlevende kernen de triggerende supernova opleverde.

"Dit is het forensische bewijs dat we nodig hebben om ons te helpen verklaren hoe het zonnestelsel werd gevormd, "Zei Qian. "Het wijst naar een supernova met een lage massa als de trigger."

Qian is een expert op het gebied van de vorming van kernen in supernova's. Zijn eerdere onderzoek richtte zich op de verschillende mechanismen waarmee dit gebeurt in supernova's van verschillende massa's. Zijn team omvat de hoofdauteur van het artikel, Projjwal Banerjee, wie is een voormalig Ph.D. student en postdoctoraal onderzoeksmedewerker, en oude medewerkers Alexander Heger van Monash University, Australië, en Wick Haxton van de Universiteit van Californië, Berkeley. Qian en Banerjee realiseerden zich dat eerdere inspanningen bij het bestuderen van de vorming van het zonnestelsel waren gericht op een supernova-trigger met een hoge massa, die een reeks nucleaire vingerafdrukken zou hebben achtergelaten die niet aanwezig zijn in het meteorische record.

Qian en zijn medewerkers besloten te testen of een supernova met een lage massa, ongeveer 12 keer zwaarder dan onze zon, het meteorietrecord zou kunnen verklaren. Ze begonnen hun onderzoek door Beryllium-10 te onderzoeken, een kortlevende kern met 4 protonen (vandaar het vierde element in het periodiek systeem) en 6 neutronen, met een gewicht van 10 massa-eenheden. Deze kern is wijd verspreid in meteorieten.

In feite was de alomtegenwoordigheid van Beryllium-10 op zich al een mysterie. Veel onderzoekers hadden getheoretiseerd dat spallatie - een proces waarbij hoogenergetische deeltjes protonen of neutronen uit een kern strippen om nieuwe kernen te vormen - door kosmische straling verantwoordelijk was voor de Beryllium-10 die in meteorieten wordt gevonden. Qian zei dat deze hypothese veel onzekere inputs met zich meebrengt en veronderstelt dat Beryllium-10 niet in supernova's kan worden gemaakt.

Met behulp van nieuwe modellen van supernova's, Qian en zijn medewerkers hebben aangetoond dat beryllium-10 kan worden geproduceerd door neutrino-spallatie in supernova's van zowel lage als hoge massa. Echter, alleen een supernova met een lage massa die de vorming van het zonnestelsel veroorzaakte, komt overeen met het algemene meteoritische record.

"De bevindingen in dit artikel hebben een geheel nieuwe richting in ons onderzoek geopend, " zei Qian. "Naast het uitleggen van de overvloed aan Beryllium-10, dit supernovamodel met lage massa zou ook de kortlevende kernen Calcium-41 verklaren, Palladium-107, en een paar anderen gevonden in meteorieten. Wat het niet kan verklaren, moet dan worden toegeschreven aan andere bronnen die gedetailleerd onderzoek vereisen."

Qian zei dat de groep de resterende mysteries rond kortlevende kernen in meteorieten zou willen onderzoeken. De eerste stap, is echter om hun theorie verder te bevestigen door te kijken naar lithium-7 en boor-11 die samen met beryllium-10 worden geproduceerd door neutrino-spallatie in supernova's. Qian zei dat ze dit in een toekomstig artikel zouden kunnen onderzoeken en drong er bij onderzoekers die meteorieten bestuderen op aan om de correlaties tussen deze drie kernen te bekijken met nauwkeurige metingen.