Vi är alla, ganska bokstavligt, gjord av stjärndamm. Många av de kemikalier som utgör vår planet och våra kroppar bildades direkt av stjärnor. Nu, en ny studie med observationer från NASA:s Spitzer rymdteleskop rapporterar för första gången att kiseldioxid - ett av de vanligaste mineralerna som finns på jorden - bildas när massiva stjärnor exploderar.

Titta runt dig just nu och det finns en god chans att du kommer att se kiseldioxid (kiseldioxid, SiO ₂ ) i någon form. En viktig komponent i många typer av stenar på jorden, kiseldioxid används i industriella sand- och grusblandningar för att göra betong för trottoarer, vägar och byggnader. En form av kiseldioxid, kvarts, är en viktig del av sand som finns på stränder längs USA:s kuster. Kiseldioxid är en viktig ingrediens i glas, inklusive tallriksglas för fönster, samt glasfiber. Det mesta av kislet som används i elektroniska apparater kommer från kiseldioxid.

Totalt, kiseldioxid utgör cirka 60 procent av jordskorpan. Dess utbredda närvaro på jorden är ingen överraskning, eftersom kiseldamm har hittats i hela universum och i meteoriter som föregår vårt solsystem. En känd källa till kosmiskt damm är AGB -stjärnor, eller stjärnor med ungefär solens massa som tar slut på bränsle och puffar upp till många gånger sin ursprungliga storlek för att bilda en röd jätte stjärna. (AGB -stjärnor är en typ av röd jättestjärna.) Men kiseldioxid är inte en viktig komponent i AGB -stjärndamm, och observationer hade inte gjort det klart om dessa stjärnor kunde vara den primära tillverkaren av kiseldamm som observerats i hela universum.

Den nya studien rapporterar upptäckten av kiseldioxid i två supernovarester, kallas Cassiopeia A och G54.1+0.3. En supernova är en stjärna mycket mer massiv än solen som tar slut på bränslet som brinner i kärnan, får det att kollapsa på sig själv. Det snabba fallet av materia skapar en intensiv explosion som kan smälta samman atomer för att skapa "tunga" element, som svavel, kalcium och kisel.

Kemiska fingeravtryck

För att identifiera kiseldioxid i Cassiopeia A och G54.1+0.3, laget använde arkivdata från Spitzers IRS -instrument och en teknik som kallas spektroskopi, som tar ljus och avslöjar de enskilda våglängderna som komponerar det. (Du kan observera denna effekt när solljus passerar genom ett glasprisma och ger en regnbåge:De olika färgerna är ljusets individuella våglängder som vanligtvis blandas ihop och är osynliga för blotta ögat.)

Kemiska element och molekyler avger var och en mycket specifika våglängder av ljus, vilket betyder att de alla har ett distinkt spektralt "fingeravtryck" som spektrografer med hög precision kan identifiera. För att upptäcka det spektrala fingeravtrycket för en given molekyl, forskare förlitar sig ofta på modeller (vanligtvis gjorda med datorer) som återskapar molekylens fysiska egenskaper. Att köra en simulering med dessa modeller avslöjar sedan molekylens spektrala fingeravtryck.

Men fysiska faktorer kan subtilt påverka de våglängder som molekyler avger. Så var fallet med Cassiopeia A. Även om spektroskopidata från Cassiopeia A visade våglängder nära vad som kan förväntas av kiseldioxid, forskare kunde inte matcha data med något särskilt element eller molekyl.

Jeonghee Rho, en astronom vid SETI Institute i Mountain View, Kalifornien, och huvudförfattaren på det nya papperet, trodde att formen på kiseldioxidkornen kan vara källan till avvikelsen, eftersom befintliga kiseldioxidmodeller antog att kornen var perfekt sfäriska.

Hon började bygga modeller som inkluderade några korn med nonsfäriska former. Det var först när hon slutförde en modell som antog att alla korn inte var sfäriska utan, snarare, fotbollsformad att modellen "verkligen klart producerade samma spektralfunktion som vi ser i Spitzerdata, "Sa Rho.

Rho och hennes medförfattare på tidningen hittade sedan samma inslag i en andra supernovarest, G54,1+0,3. De långsträckta kornen kan berätta för forskare något om de exakta processerna som bildade kiseldioxiden.

Författarna kombinerade också observationerna av de två supernovaresterna från Spitzer med observationer från European Space Agency's Herschel Space Observatory för att mäta mängden kiseldioxid som produceras vid varje explosion. Herschel detekterar olika våglängder för infrarött ljus än Spitzer. Forskarna tittade på hela våglängdsintervallet från båda observatorierna och identifierade den våglängd vid vilken dammet har sin högsta ljusstyrka. Den informationen kan användas för att mäta temperaturen på damm, och både ljusstyrka och temperatur är nödvändiga för att mäta massan. Det nya verket innebär att kiseldioxid som supernovor producerat över tiden var tillräckligt stor för att bidra till damm i hela universum, inklusive dammet som slutligen sammanföll för att bilda vår hemplanet.

Studien publicerades den 24 oktober, 2018, i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , och det bekräftar att varje gång vi tittar genom ett fönster, gå ner på trottoaren eller sätt foten på en klapperstensstrand, vi interagerar med ett material från exploderande stjärnor som brann för miljarder år sedan.