En forskargrupp ledd av University of Minnesota School of Physics and Astronomy Professor Yong-Zhong Qian använder nya modeller och bevis från meteoriter för att visa att en supernova med låg massa utlöste bildandet av vårt solsystem.

Resultaten publiceras i det senaste numret av Naturkommunikation .

För cirka 4,6 miljarder år sedan, ett moln av gas och damm som så småningom bildade vårt solsystem stördes. Den efterföljande gravitationskollapsen bildade proto-solen med en omgivande skiva där planeterna föddes. En supernova – en stjärna som exploderar i slutet av sin livscykel – skulle ha tillräckligt med energi för att komprimera ett sådant gasmoln. Ändå fanns det inga avgörande bevis för att stödja denna teori. Dessutom, naturen hos den utlösande supernovan förblev svårfångad.

Qian och hans medarbetare bestämde sig för att fokusera på kortlivade kärnor som finns i det tidiga solsystemet. På grund av deras korta livslängd, dessa kärnor kunde bara ha kommit från den utlösande supernovan. Deras överflöd i det tidiga solsystemet har utlästs från deras sönderfallsprodukter i meteoriter. Som skräp från bildandet av solsystemet, meteoriter är jämförbara med kvarvarande tegel och murbruk på en byggarbetsplats. De berättar för oss vad solsystemet är gjort av och i synnerhet, vilka kortlivade kärnor den utlösande supernovan gav.

"Detta är det rättsmedicinska beviset vi behöver för att hjälpa oss förklara hur solsystemet bildades, " sa Qian. "Det pekar på en supernova med låg massa som utlösaren."

Qian är expert på bildandet av kärnor i supernovor. Hans tidigare forskning har fokuserat på de olika mekanismerna genom vilka detta sker i supernovor med olika massor. Hans team inkluderar huvudförfattaren till tidningen, Projjwal Banerjee, som är en före detta Ph.D. student och postdoktoral forskarassistent, och mångåriga medarbetare Alexander Heger från Monash University, Australien, och Wick Haxton från University of California, Berkeley. Qian och Banerjee insåg att tidigare ansträngningar för att studera bildningen av solsystemet var fokuserade på en supernovautlösare med hög massa, som skulle ha lämnat efter sig en uppsättning nukleära fingeravtryck som inte finns i meteorrekordet.

Qian och hans medarbetare bestämde sig för att testa om en supernova med låg massa, ungefär 12 gånger tyngre än vår sol, kunde förklara meteoritrekordet. De började sin forskning med att undersöka Beryllium-10, en kortlivad kärna som har 4 protoner (därav det fjärde grundämnet i det periodiska systemet) och 6 neutroner, vägande 10 massenheter. Denna kärna är brett spridd i meteoriter.

Faktum är att Beryllium-10 var allmänt förekommande något av ett mysterium i och för sig. Många forskare hade teoretiserat att spallation - en process där högenergipartiklar tar bort protoner eller neutroner från en kärna för att bilda nya kärnor - av kosmiska strålar var ansvarig för Beryllium-10 som finns i meteoriter. Qian sa att denna hypotes involverar många osäkra indata och antar att Beryllium-10 inte kan göras i supernovor.

Använda nya modeller av supernovor, Qian och hans medarbetare har visat att Beryllium-10 kan produceras genom neutrinospallation i supernovor med både låga och höga massor. Dock, endast en supernova med låg massa som utlöser bildandet av solsystemet stämmer överens med det övergripande meteoritrekordet.

"Fynden i denna artikel har öppnat en helt ny riktning i vår forskning, ", sa Qian. "Förutom att förklara överflödet av Beryllium-10, denna supernovamodell med låg massa skulle också förklara de kortlivade kärnorna Calcium-41, Palladium-107, och några andra som finns i meteoriter. Vad den inte kan förklara måste sedan tillskrivas andra källor som kräver ingående studier."

Qian sa att gruppen skulle vilja undersöka de återstående mysterierna kring kortlivade kärnor som finns i meteoriter. Det första steget, är dock att ytterligare bekräfta deras teori genom att titta på Litium-7 och Boron-11 som produceras tillsammans med Beryllium-10 genom neutrinospallation i supernovor. Qian sa att de kan undersöka detta i en framtida uppsats och uppmanade forskare som studerar meteoriter att titta på korrelationerna mellan dessa tre kärnor med exakta mätningar.