We zijn allemaal, vrij letterlijk, gemaakt van sterrenstof. Veel van de chemicaliën waaruit onze planeet en ons lichaam bestaan, zijn rechtstreeks door sterren gevormd. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie met observaties van NASA's Spitzer Space Telescope meldt voor het eerst dat silica - een van de meest voorkomende mineralen op aarde - wordt gevormd wanneer massieve sterren exploderen.

Kijk nu om je heen en de kans is groot dat je silica (siliciumdioxide, SiO ₂ ) in een of andere vorm. Een belangrijk onderdeel van vele soorten gesteenten op aarde, silica wordt gebruikt in industriële zand-en-grindmengsels om beton te maken voor trottoirs, wegen en gebouwen. Een vorm van silica, kwarts, is een belangrijk bestanddeel van zand gevonden op stranden langs de Amerikaanse kusten. Silica is een belangrijk ingrediënt in glas, inclusief spiegelglas voor ramen, evenals glasvezel. Het meeste silicium dat in elektronische apparaten wordt gebruikt, is afkomstig van silicium.

In totaal, silica vormt ongeveer 60 procent van de aardkorst. Zijn wijdverbreide aanwezigheid op aarde is geen verrassing, aangezien silicastof overal in het universum is gevonden en in meteorieten die dateren van vóór ons zonnestelsel. Een bekende bron van kosmisch stof zijn AGB-sterren, of sterren met ongeveer de massa van de zon die geen brandstof meer hebben en tot vele malen hun oorspronkelijke grootte opblazen om een ​​rode reuzenster te vormen. (AGB-sterren zijn één type rode reuzenster.) Maar silica is geen hoofdbestanddeel van AGB-sterrenstof, en observaties hadden niet duidelijk gemaakt of deze sterren de belangrijkste producent van silicastof zouden kunnen zijn die in het hele universum wordt waargenomen.

De nieuwe studie rapporteert de detectie van silica in twee supernovaresten, genaamd Cassiopeia A en G54.1+0.3. Een supernova is een ster die veel massiever is dan de zon en die opraakt door de brandstof die in de kern brandt. waardoor het op zichzelf instort. De snelle inval van materie zorgt voor een intense explosie die atomen kan samensmelten om "zware" elementen te creëren, zoals zwavel, calcium en silicium.

Chemische vingerafdrukken

Om silica te identificeren in Cassiopeia A en G54.1+0.3, het team gebruikte archiefgegevens van Spitzer's IRS-instrument en een techniek genaamd spectroscopie, die licht neemt en de individuele golflengten onthult waaruit het bestaat. (Je kunt dit effect waarnemen wanneer zonlicht door een glazen prisma gaat en een regenboog produceert:de verschillende kleuren zijn de individuele golflengten van licht die doorgaans met elkaar vermengd zijn en onzichtbaar zijn voor het blote oog.)

Chemische elementen en moleculen zenden elk zeer specifieke golflengten van licht uit, wat betekent dat ze elk een specifieke spectrale "vingerafdruk" hebben die met hoge precisie spectrografen kan worden geïdentificeerd. Om de spectrale vingerafdruk van een bepaald molecuul te ontdekken, onderzoekers vertrouwen vaak op modellen (meestal gedaan met computers) die de fysieke eigenschappen van het molecuul opnieuw creëren. Het uitvoeren van een simulatie met die modellen onthult vervolgens de spectrale vingerafdruk van het molecuul.

Maar fysieke factoren kunnen de golflengten die moleculen uitzenden op subtiele wijze beïnvloeden. Dat was het geval met Cassiopeia A. Hoewel de spectroscopiegegevens van Cassiopeia A golflengten vertoonden die dicht in de buurt kwamen van wat van silica zou worden verwacht, onderzoekers konden de gegevens niet matchen met een bepaald element of molecuul.

Jeonghee Rho, een astronoom aan het SETI Institute in Mountain View, Californië, en de hoofdauteur van het nieuwe artikel, dacht dat de vorm van de silicakorrels misschien de oorzaak was van de discrepantie, omdat bestaande silicamodellen aannamen dat de korrels perfect bolvormig waren.

Ze begon modellen te bouwen met enkele korrels met niet-bolvormige vormen. Pas toen ze een model voltooide dat aannam dat alle korrels niet bolvormig waren, liever, voetbalvormig dat het model "echt duidelijk hetzelfde spectrale kenmerk produceerde dat we in de Spitzer-gegevens zien, ' zei Ro.

Rho en haar co-auteurs op het papier vonden toen hetzelfde kenmerk in een tweede supernovarest, G54.1+0.3. De langwerpige korrels kunnen wetenschappers iets vertellen over de exacte processen die het silica hebben gevormd.

De auteurs combineerden ook de waarnemingen van de twee supernovaresten van Spitzer met waarnemingen van het Herschel Space Observatory van de European Space Agency om de hoeveelheid silica te meten die door elke explosie wordt geproduceerd. Herschel detecteert andere golflengten van infrarood licht dan Spitzer. De onderzoekers keken naar de hele reeks golflengten die door beide observatoria werden geleverd en identificeerden de golflengte waarop het stof zijn maximale helderheid heeft. Die informatie kan worden gebruikt om de temperatuur van stof te meten, en zowel helderheid als temperatuur zijn nodig om de massa te meten. Het nieuwe werk impliceert dat het silica dat in de loop van de tijd door supernova's werd geproduceerd significant genoeg was om bij te dragen aan stof in het hele universum, inclusief het stof dat uiteindelijk samenkwam om onze thuisplaneet te vormen.

De studie werd gepubliceerd op 24 oktober, 2018, in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , en het bevestigt dat elke keer dat we door een raam staren, loop over het trottoir of zet een voet op een kiezelstrand, we hebben interactie met een materiaal gemaakt door exploderende sterren dat miljarden jaren geleden is verbrand.