Alter der Erde und des Sterns, der der Sonne vorausging

Liebe Humble, die kosmische Nukleosynthese (erste drei Minuten) produzierte nur Wasserstoff, Helium, Lithium und Beryllium. Alle schwereren Elemente stammen aus langsamer Fusion innerhalb lebender Sterne und, besonders die schwersten, stammen von sterbenden Sternen.

Regelmäßige fusionsbezogene Prozesse innerhalb von Sternen (siehe Liste am Ende der Antwort) erzeugen nur Elemente bis zu$Z=70$oder so: Ich habe das Periodensystem für Ihre Bequemlichkeit beigefügt. Die noch schwereren Elemente, insbesondere Gold und Uran, wurden durch drei zusätzliche Prozesse hergestellt

• s-Prozess
• r-Prozess
• rp-Prozess

Der s-Prozess hängt von der Existenz von Elementen in der Eisengruppe ab. Ein zusätzliches Neutron kann absorbiert werden (wahrscheinlich von Reaktionen in Roten Riesen stammend) und ansteigen$A$durch eins, und wenn auf diese Weise ein instabiles Element entsteht, zerfällt ein Neutron im Kern durch Beta-Zerfall, indem es ein Elektron emittiert. Zusätzliche Neutronen können absorbiert werden und der Prozess kann fortgesetzt werden. Kerne im „Tal der Beta-Stabilität“ können so hergestellt werden. "S" steht für "langsam".

Im Gegensatz dazu ist der r-Prozess "schnell". Die Neutronen werden auf ähnliche Weise absorbiert, jedoch in den Kernen von Supernovae. Der Keimkern ist normalerweise Ni-56. Der rp-Prozess, der in den Neutronensternen und anderswo auftreten kann, ist ebenfalls schnell, "r", aber das absorbierte Teilchen ist ein Proton, daher "p" in "rp". Logischerweise produziert es im Gegensatz zu den beiden vorherigen Kerne auf der "protonenreichen Seite" des stabilen Tals.

Das Uran, das wir auf der Erde beobachten, stammt wahrscheinlich aus all diesen Prozessen – und von vielen Sternen – es gibt wohl keinen „Stern“, der der Sonne vorausging. Insbesondere hat unsere Erde keinen anderen Stern vor der Sonne umkreist, weil sie so alt ist wie die Sonne, so wird zumindest geglaubt. Der von unserer Sonne verbrauchte Wasserstoff konnte nicht "recycelt" werden und begann kurz nach dem ausreichenden Kollaps zu brennen - er konnte nicht von woanders recycelt werden. Die schwereren Elemente wurden an vielen Stellen recycelt. Es gab wahrscheinlich keine "feste Region", die die Marke "Sonnensystem" erbte. Diese Themen wurden gestern diskutiert:

Wie oft wurde das Zeug der Sonne recycelt? Wie oft wurde das „Zeug“ in unserem Sonnensystem von früheren Sternen recycelt?

Lassen Sie mich erwähnen, dass es kein Problem für das schwere Material ist, sich über große Entfernungen des Kosmos auszubreiten. Beispielsweise schießt eine explodierende Supernova die meiste oder die gesamte Materie mit einer Geschwindigkeit von 1 % der Lichtgeschwindigkeit. In 400 Jahren erreicht das Material der Sonne – wenn es zu einer Supernova wurde (wird es nicht) – Proxima Centauri, und in weniger als 100 Millionen Jahren könnte es fast jeden Punkt in der Milchstraße erreichen. Sogar das Sonnensystem bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 0,1 % der Lichtgeschwindigkeit, was ausreicht, um Materie in Tausenden von Jahren um Lichtjahre zu bewegen. Es ist albern sich vorzustellen, dass das Material von einem "Ahnenstern" am selben Ort warten musste, um für einige Menschen auf irgendeiner Erde aufbewahrt zu werden.

Es kann nützlich sein, alle Prozesse der stellaren Nukleosynthese aufzulisten, nicht nur die mit Uran verbundenen:

pp-Kette / CNO-Zyklus / α-Prozess / Triple-α / Kohlenstoffverbrennung / Ne-Verbrennung / O-Verbrennung / Si-Verbrennung / R-Prozess / S-Prozess / P-Prozess / Rp-Prozess

Es besteht Einigkeit darüber, dass mehrere Supernovae die Quelle der schweren Elemente in unserem Sonnensystem sind. Aus den Isotopenverhältnissen radioaktiver Kerne mit langen Zerfallszeiten ('Nukleare Kosmochronologie') können wir ungefähr abschätzen, wie lange die Entstehung der schweren Elemente zurückliegt. Hier die Daten:

• $^{235}$U und$^{238}$Du hast Halbwertszeiten von$7.0 \times 10^8$Jahre und$4.5 \times 10^9$Jahre;
• Detaillierte Modelle von Supernovae deuten darauf hin, dass die anfängliche Produktion von$^{235}$U-Kerne waren ca. 1,3 mal so hoch wie$^{238}$U Kerne.
• Das$^{235}$U /$^{238}$Das U-Verhältnis beträgt derzeit etwa 0,007.

Mit diesen Zutaten findet man ein Alter von$6.5 \times 10^9$Jahre für 'unsere' Supernova, verglichen mit dem Alter des Sonnensystems,$4.57 \times 10^9$Jahre. Die Berechnung findet sich in Bernard Schutz's 'Gravity from ground up', siehe auch http://world-nuclear.org/info/inf78.html . Allerdings das Isotopenverhältnis$^{232}$Do /$^{238}$U gibt ein etwas höheres Alter an,$\approx 7.5 \times 10^9$Jahre. Nach derzeitigem Verständnis gab es einen anfänglichen Anstieg der Aktivität, gefolgt von weiteren Ereignissen (siehe Referenzen in JA Peacock, Cosmological Physics).

Wir können wirklich nicht viel über die präsolare Epoche sagen, wenn wir Uran in der Erde betrachten. Uran wird durch den r-Prozess in Supernovae produziert. Die Isotopenverhältnisse von U auf der Erde sagen uns, dass es zu einer gewichteten mittleren Zeit vor etwa 7 Milliarden Jahren produziert wurde. Angesichts der Tatsache, dass das Mischen im ISM hocheffizient ist, explodieren diese Supernovae in unserer Galaxie etwa alle 50 bis 100 Jahre, aber die Rate war in der frühen Galaxie vor etwa 10 Milliarden Jahren wahrscheinlich größer, und wir sind uns nicht sicher wo die Sonne geboren wurde, ist es ziemlich schwierig, diese einzelne Zahl umzukehren, um uns so viel über die Sterne zu sagen, die den protosolaren Nebel bildeten.

Es ist jedoch viel mehr bekannt, wenn man sich „unberührtere“ Materialien aus dem frühen Sonnensystem ansieht.

Die Sonne entstand in einem interstellaren Medium, das Beiträge aus vielen verschiedenen Quellen und vielen verschiedenen Sternen enthält. Wir wissen dies aus der Untersuchung von präsolaren Körnern und den Zerfallsprodukten kurzlebiger Radionuklide , die in Meteoriten gefunden wurden. Kondensierte Körner aus feuerfesten Materialien wie Diamant oder Siliziumkarbid werden in Meteoriten gefunden , und weil sie in die Körper von Meteoriten eingebaut wurden, wissen wir, dass sie sich im Nebel der Protosonne befanden, da Meteoriten zu den ersten festen Körpern gehörten, die im Sonnennebel gebildet wurden . Es wird angenommen, dass sie in den abkühlenden Auswurfmassen von Supernovae und in den dichten Winden von AGB-Sternen kondensiert sind.

Die Zusammensetzung dieser Körner wurde bis ins kleinste Detail untersucht. Das Isotopenverhältnis von Elementen wie Al, Ca, Titan, Sauerstoff, Silizium und Edelgasen in Kombination mit unseren Modellen für die stellare Nukleosynthese ermöglicht eine Art Schätzung der Materialmischung, die im Sonnennebel landete. Die Radioisotopendatierung mit Iridium und Xenon ergab, dass viele Körner viel älter sind als die Sonne. Die Entdeckung der Produkte von kurzlebigen Radionukliden wie 26Al und 60Fe in Meteoriten wurde mit einer Supernova erklärt, die sehr nahe an der sich bildenden Protosonne explodierte. Es gibt jedoch Kontroversen darüber, wie viele dieser kurzlebigen Radioisotope durch Bestrahlung von der frühen Sonne produziert worden sein könnten.

Es gibt zu viele Details, um sie in einer SE-Antwort zu diskutieren, und es ist ein sehr ausgereiftes Gebiet. und ich bin kein Experte. Eine vernünftige Übersicht über Techniken gibt Clayton (2010) . Der Konsens scheint zu sein, dass das Zeug des Sonnennebels aus vielen Quellen stammt – sicherlich nicht nur von einem oder sogar ein paar Sternen, obwohl die Möglichkeit besteht, dass eine relativ nahe Supernova kurzlebige radioaktive Isotope genauso in den Sonnennebel injiziert hat Die ersten Feststoffe bildeten sich.

Mehr oder weniger zufällig habe ich eine Figur aus einem Aufsatz von Zinner et al. (2005) von Lunar and Planetary Science, die die Art von Studie veranschaulicht, die Sie mit den Isotopenhäufigkeitsverteilungen vieler präsolarer Körner durchführen können. Sie vergleichen die Verteilung der Isotopenverhältnisse mit den Vorhersagen der Sternentwicklungsrechnungen und ziehen Schlussfolgerungen.

Offensichtlich haben wir eine Mischung aus mehreren Quellen, sterbende Sterne werfen schwere Elemente in das interstellare Medium, das über Milliarden von Jahren teilweise turbulent gemischt wird. Ich habe vor ein paar Jahren eine Veröffentlichung gesehen, in der argumentiert wurde, dass sogar kleine Körper (Asteroiden) von nur wenigen Kilometern Durchmesser geschmolzen sind. Die Implikation war, dass es genügend Aluminium-27 (das wichtigste radioaktive Zerfallsprodukt der Supernova) gegeben haben musste, um genügend interne Erwärmung zu liefern, um sie zu schmelzen, und das implizierte, dass sich diese Körper mit einigen hunderttausend Jahren der SN-Explosion gebildet hatten. Ich weiß nicht, ob sich dieses Papier über die Zeit bewährt hat, aber es könnte einige Eigenschaften von Objekten im Sonnensystem geben, von denen wir glauben, dass sie seit Beginn unverändert geblieben sind, die uns bessere Informationen über den protosolaren Nebel liefern werden.

Die Erde ist problematischer, da sie geschmolzen/differenziert wurde (Eisen-Nickel sank bis zum Kern usw.) und durch zahlreiche Kollisionen mit anderen Körpern gesprengt wurde, so dass interessante Informationen über kurzlebigere Isotope wahrscheinlich verloren gegangen sind. Die angebliche Kollision mit einem marsgroßen Objekt, das den Mond bildet, hätte die Dinge eindeutig grundlegend neu geordnet.

Meiner Meinung nach, bevor unsere Sonne existierte, gab es eine riesige Gaswolke, die alle Sterne der lokalen Gruppe bildete, und zwei der größten Sterne mit der kürzesten Lebensdauer explodierten und verursachten die zwei Perioden früher Bombardierungen auf die primitive Erde, die diese Asteroiden-Meteoriten mit sich trugen Da sie Wasser von den Planeten, die um die Supernova-Sterne herum entstanden sind, bevor sie explodierten, und auch Lebensmaterialien, würde ich mich nicht wundern, wenn Proxima Centauri auch einige dieser Asteroiden-Kometen erhalten hätte, die viel Wasser enthalten. Wenn es also kleine Planeten wie die Erde gibt, könnten sie auch Ozeane haben.

Man kann also nie wissen, dass eine andere Möglichkeit darin besteht, dass ein Protoplanet, der auf die frühe Erde stürzte, möglicherweise Ozeane und vielleicht viele Bakterien/Lebensformen mit DNA hatte, und als die Bedingungen für die Entwicklung des Lebens richtig waren, schlug er auf der frühen Erde und später Wurzeln auf blühte.

Eine andere Spekulation ist, dass Merkur und Mars beide Kollisionen mit Protoplaneten hatten, die die "schweren Bombardierungen" verursacht haben könnten, und der Mars vor seinem Tod Wasser haben könnte und wahrscheinlich auch hatte. Hatte der Mars Lebensformen mit DNA darin, die wir noch nicht kennen? , aber wenn ja, dann muss diese DNA irgendwo hergekommen sein.

Es scheint mir, dass das Aussäen von Planeten mit DNA für die Entwicklung von Leben alltäglich sein könnte, wenn das Objekt, das wie die Erde geliefert wird, die richtige Mischung aus Lebensraum für die DNA hätte, um sich zu Lebensfirmen zu entwickeln.

Wir können also erwarten, dass wir in naher Zukunft weitere Planeten mit der richtigen Mischung von Umgebungen finden werden, damit sich DNA-Leben entwickeln kann.

So wie Bienen Blumen säen, Asteroiden Kometen und Supernovae Leben auf andere Sonnensysteme und Planeten säen, so ist es eine Niete zu glauben, dass wir allein sind, da der Prozess, der hier stattgefunden hat, damit das Leben existiert, irgendwo begonnen haben muss, bevor es auf die Erde kam.

Das ist nur meine lustige Art, über die Gaswolke nachzudenken, in der wir uns mit unserer lokalen Sternengruppe befanden, und wie sich das Leben auf diesem Planeten entwickelt hat.