Apokaliptikus pusztítást végzett a Nap

A Naprendszer ifjúkorából, 4,5 milliárd évvel ez előttről ránk maradt meteoritok parányi kék kristályzárványai arról tanúskodnak, hogy a gyermek Napnak gyakoriak lehettek a dühkitörései.

Napunk keletkezésének pontos részleteit mindmáig homály fedi. Annyi biztos, hogy 4,6 milliárd évvel ezelőtt született, nagyjából 50 millió évvel a Föld létrejötte előtt.

Mivel a Nap idősebb Földünknél, itt a közvetlen házunk táján nehéz olyan fizikai objektumokat találni, amelyek mesélhetnének nekünk a Nap létezésének legkorábbi időszakáról – olyan anyagokat, amelyek magukon viselik a korai Nap kémiai ujjlenyomatát.

Azonban a Nature Astronomy c. folyóirat most olyan, meteoritokba zárt ősi kék kristályokról számol be, amelyek sokat elárulnak a gyermek Nap természetéről – amely a jelek szerint nem volt éppen békés.

Akár egy hároméves gyerek

„A Nap e korai életszakaszában rendkívül aktív volt, több kitöréssel, és a töltött részecskék intenzívebb kiáramlásával. Ha a hároméves fiamra gondolok, nos, hát ő hasonlóan aktív – meséli Philipp Heck, a Field Museum (Chicago, USA) kurátora és a Chicagói Egyetem tanára, a most megjelent cikk egyik írója. – Szinte alig akad valami a Naprendszerben, ami elég öreg lenne ahhoz, hogy tanúskodjon a korai Nap tevékenységéről, de a Field Museum gyűjteményében őrzött meteoritok kristályai pont ilyenek. Valószínűleg ezek a Naprendszerben elsőként keletkezett ásványok."

A Heck és munkatársai által mikroszkóp alatt vizsgált jeges kék színű kristályok neve hibonit, és összetételük őrzi azoknak a kémiai reakcióknak a nyomát, amelyek csak úgy történhettek, ha a korai Nap bőségesen bocsátotta ki a nagyenergiájú részecskéket. „Ezek a kristályok több mint 4,5 milliárd évvel ezelőtt jöttek létre, és mindmáig magukban hordozzák a Naprendszer legkorábbi eseményeinek emlékét.

Bár aprók – sokan közülük a 100 mikronos átmérőt sem érik el –, képesek voltak csapdába ejteni azokat az illékony nemesgázokat, amelyek a fiatal Nap sugárzása hatására az idők mélyén keletkeztek

– magyarázza Levke Kööp, a cikk főszerzője, aki a Chicagói Egyetem posztdoktori kutatója és a Field Museum munkatársa.

A kezdetekkor, a bolygók kialakulása előtt a Naprendszerben a Nap körül csupán egy gázból és porból álló gigantikus spirálkorong keringett, melynek Naphoz közel eső régiója igen forró – 1500°C-nál is magasabb hőmérsékletű – volt. (Összehasonlításképpen: a mai Naprendszer legforróbb bolygóján, a Vénuszon, melynek felszínén megolvadna az ólom, a csúcshőmérséklet mindössze 470°C körül alakul.)

Ahogy a korong hűlni kezdett, úgy alakultak ki az első ásványok – és a kék hibonit ezek között volt.

Forrás: © Field Museum, University of Chicago, NASA, ESA, and E. Feild (STScl).

Hogyan keletkezett a kék hibonit?

Az ősi meteoritokban talált ásványi szemcsék közül a nagyobbak mérete is csupán a hajszál átmérőjének néhányszorosa. Amikor a mikroszkóp alatt vizsgáljuk az ásványszemcsék együtteseit, az apró, világoskék színű hibonitszemcsék szépségükkel rögtön feltűnnek"

– meséli a cikkben szintén közreműködő Andy Davis.

A hibonitkristályok egyebek között kalciumot és alumíniumot tartalmaznak. Képződésük idején a fiatal Nap még folytonosan szórta magából a nagyenergiájú protonokat és egyéb szubatomi részecskéket, amelyek a formálódó hibonitkristályokat is bombázták. Amikor egy nagyenergiájú proton épp a kristály kalcium- vagy alumíniumatomjait találta el, előfordult, hogy az atommagot több kisebb magra – neonra és héliumra – hasította. Ezek a nemesgázok aztán csapdába ejtve maradtak a kristály belsejében a rákövetkező évmilliárdokra, maguk a kristályok pedig olyan űrbéli kövekbe épültek be, amelyek meteoritként a Földre zuhantak, ahol a Heckhez, Kööphöz és Davishez hasonló kutatók hozzájuk férhetnek.

Hibonit Forrás: (c) Andy Davis, University of Chicago

A tudósok egy ideje már keresik a korai Nap aktivitására utaló nyomokat a meteoritokban, de eddig nem bukkantak rá semmire. Kööp megjegyzi:

Az, hogy az emberek nem látták ezt korábban, nem jelenti azt, hogy nem is volt ott, legfeljebb hogy nem voltak elég érzékeny műszereik ahhoz, hogy megtalálják."

Új műszer vezette nyomra a kutatókat

A kutatócsoport most egy egyedülálló, a mai kor csúcstechnológiáját képviselő tömegspektrométerrel vizsgálta a kristályokat. A Svájcban működő, garázs méretű berendezés rendkívüli pontossággal képes meghatározni egy objektum vegyi összetételét. A tömegspektrométer bemeneténél egy lézersugár olvasztott meg egy meteoritból származó parányi hibonitkristályt, amelyből így felszabadult, és észlelhetővé vált a benne foglyul ejtett hélium és neon.

Meglepően nagy jelet kaptunk, ami egyértelműen mutatta a hélium és a neon jelenlétét. Le voltunk nyűgözve"

– emlékszik vissza Kööp.

A hélium és neon nyomai szolgáltatják az első konkrét bizonyítékot a Nap régóta sejtett korai tevékenységéről. „Olyan ez, mintha valakit nyugodt, megfontolt felnőttként ismernénk meg. Nyilván okkal gyanítanánk, hogy gyereknek aktívabb volt, de nem tudnánk mivel igazolni a sejtésünket. Aztán egy nap feltévednénk a padlására, ahol rábukkannánk az összetört régi játékokra meg a kitépett lapú könyvekre. Így már bizonyíték lenne a kezünkben arra nézve, hogy az illető ugyancsak heves volt kiskorában" – bontotta ki a hasonlatot Heck.

Levke Kööp, a tanulmány első szerzője Forrás: (c) Field Museum

A Nap korai aktivitására utaló egyéb bizonyítékokkal ellentétben ezt sehogy másként nem lehet értelmezni: a kristályok összetételére ez az egyetlen elfogadható magyarázat. „Mindig öröm, ha az ember tisztán értelmezhető eredményeket kap – fűzte hozzá Heck. – Minél egyszerűbb egy magyarázat, annál nagyobb lehet benne a bizodalmunk."

„Nemcsak világos bizonyítékot találtunk arra a meteoritokban, hogy a Nap körüli korong anyagait közvetlen nagyenergiájú sugárzás érte, hanem az eredmények azt is megmutatják, hogy a Naprendszer legősibb anyagai a besugárzásnak egy olyan fázisán mentek keresztül, amelyet a fiatalabb anyagok már nem tapasztaltak.

Szerintünk ez azt jelenti, hogy a hibonitok kialakulása után valami lényeges változásnak kellett végbemennie a születő Naprendszerben.

Lehet, hogy a Nap aktivitása esett vissza, de az is elképzelhető, hogy a később keletkezett anyagok nem voltak képesek eljutni a korongnak abba a zónájába, ahol érhette volna őket a sugárzás" – ismerteti a hipotéziseket Kööp.

„Számomra ebben a legizgalmasabb, hogy megtudhattunk valamit a Naprendszer legkorábbi időszakában uralkodó viszonyokról, és végre megerősíthettünk egy régóta fennálló gyanút – foglalta össze Heck. – Ha jobban értjük a múltat, jobban megértjük a természetes világ fizikáját és kémiáját is."