Alles om je heen – je bureau, jouw laptop, uw koffiekopje - in feite, zelfs jij - is gemaakt van sterrenstof, het spul gesmeed in de vurige ovens van sterren die stierven voordat onze zon werd geboren. De ruimte rond een mysterieus stellair lijk aftasten, wetenschappers van de Universiteit van Arizona hebben een ontdekking gedaan die zou kunnen helpen bij het oplossen van een al lang bestaand mysterie:waar komt sterrenstof vandaan?

Als sterren sterven, ze zaaien de kosmos om hen heen met de elementen die verder samensmelten tot nieuwe sterren, planeten, asteroïden en kometen. Bijna alles waaruit de aarde bestaat, zelfs het leven zelf, bestaat uit elementen gemaakt door eerdere sterren, inclusief silicium, koolstof, stikstof en zuurstof. Maar dit is niet het hele verhaal. Meteorieten bevatten gewoonlijk sporen van een soort sterrenstof dat, tot nu, werd verondersteld zich alleen in uitzonderlijk gewelddadige, explosieve gebeurtenissen van sterdood bekend als novae of supernovae - te zeldzaam om de overvloed in meteorieten te verklaren.

Onderzoekers van de UA gebruikten radiotelescopen in Arizona en Spanje om gaswolken te observeren in de jonge planetaire nevel K4-47, een raadselachtig object ongeveer 15, 000 lichtjaar van de aarde. Geclassificeerd als een nevel, K4-47 is een stellair overblijfsel, die volgens astronomen is ontstaan ​​toen een ster die niet veel op onze zon leek, een deel van zijn materiaal in een schil van uitstromend gas afwierp voordat hij zijn leven als witte dwerg beëindigde.

Tot hun verbazing, ontdekten de onderzoekers dat sommige elementen waaruit de nevel bestaat – koolstof, stikstof en zuurstof – zijn sterk verrijkt met bepaalde varianten die overeenkomen met de abundanties die worden gezien in sommige meteorietdeeltjes, maar die verder zeldzaam zijn in ons zonnestelsel:zogenaamde zware isotopen van koolstof, stikstof en zuurstof, of ¹³ C, ¹⁵ N en ¹⁷ O, respectievelijk. Deze isotopen verschillen van hun meer gebruikelijke vormen doordat ze een extra neutron in hun kern bevatten.

Het samensmelten van een extra neutron op een atoomkern vereist extreme temperaturen van meer dan 200 miljoen graden Fahrenheit, vooraanstaande wetenschappers om te concluderen dat die isotopen alleen kunnen worden gevormd in nova's - gewelddadige uitbarstingen van energie in ouder wordende dubbelstersystemen - en supernova's, waarin een ster zichzelf uit elkaar blaast in één catastrofale explosie.

"De modellen die alleen nova's en supernova's aanroepen, kunnen nooit de hoeveelheden van... ¹⁵ N en ¹⁷ O we observeren in meteorietmonsters, " zei Lucy Ziurys, senior auteur van het artikel, die is gepubliceerd in het nummer van 20 december van het tijdschrift Natuur . "Het feit dat we deze isotopen in K4-47 vinden, vertelt ons dat we geen vreemde exotische sterren nodig hebben om hun oorsprong te verklaren. Het blijkt dat de gemiddelde ster van de tuinvariëteit ze ook kan produceren."

In plaats van catastrofale explosieve gebeurtenissen die zware isotopen smeden, het team suggereert dat ze kunnen worden geproduceerd wanneer een ster van gemiddelde grootte zoals onze zon tegen het einde van zijn leven onstabiel wordt en een zogenaamde heliumflits ondergaat, waarin superheet helium uit de kern van de ster door de overliggende waterstofomhulling stoot.

"Dit proces, waarbij het materiaal snel moet worden uitgespuugd en afgekoeld, produceert ¹³ C, ¹⁵ N en ¹⁷ O, " legde Ziurys uit, een professor met dubbele benoemingen in het Steward Observatory en de afdeling Chemie en Biochemie van de UA. "Een heliumflits scheurt de ster niet uit elkaar zoals een supernova dat doet. Het lijkt meer op een stellaire uitbarsting."

De bevindingen hebben implicaties voor de identificatie van sterrenstof en het begrip van hoe gewone sterren elementen creëren zoals zuurstof, stikstof en koolstof, zeiden de auteurs.

De ontdekking is mogelijk gemaakt door een samenwerking tussen disciplines die van oudsher relatief gescheiden zijn gebleven:astronomie en kosmochemie. Het team gebruikte radiotelescopen van het Arizona Radio Observatory en het Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) om de rotatiespectra te observeren die worden uitgezonden door de moleculen in de K4-47-nevel, die aanwijzingen geven over hun massadistributie en hun identiteit.

"Toen Lucy en ik begonnen samen te werken aan dit project, realiseerden we ons dat we konden verzoenen wat we in meteorieten vonden en wat we in de ruimte waarnemen, " zei co-auteur Tom Zega, universitair hoofddocent kosmochemie, planetaire materialen en astrobiologie in het Lunar and Planetary Laboratory van de UA.

De onderzoekers kijken reikhalzend uit naar de ontdekkingen die in het verschiet liggen voor NASA's OSIRIS-REx asteroïde monsterretourmissie, die wordt geleid door de UA. Nog maar twee weken geleden, het ruimtevaartuig arriveerde bij zijn doelasteroïde, Bennu, waaruit het in 2020 een monster van ongerept materiaal zal verzamelen. Een van de belangrijkste doelen van de missie is om de evolutie van Bennu en de oorsprong van het zonnestelsel te begrijpen.

"Je kunt de korrels die we in meteorieten vinden zien als stellaire as, achtergelaten door sterren die al lang waren gestorven toen ons zonnestelsel werd gevormd, Zega zei. "We verwachten die pre-zonnekorrels op Bennu te vinden - ze maken deel uit van de puzzel van de geschiedenis van deze asteroïde, en dit onderzoek zal helpen bepalen waar het materiaal over Bennu vandaan kwam."

"We kunnen nu traceren waar die as vandaan kwam, " voegde Ziurys eraan toe. "Het is als een archeologie van sterrenstof."

"De studie van explosief helium dat in sterren verbrandt, zal een nieuw hoofdstuk beginnen in het verhaal van de oorsprong van de chemische elementen, " zei Neville "Nick" Woolf, Emeritus hoogleraar bij Steward Observatory en de vierde co-auteur.

De eerste auteur van het artikel is Deborah Schmidt, een doctoraatsstudent aan het Steward Observatorium.