Raskaita alkuaineita kertyy universumiin sitä mukaa kuin tähtisukupolvet vaihtuvat uusiin.


TEKSTI:Leena Tähtinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Raskaita alkuaineita kertyy universumiin sitä mukaa kuin tähtisukupolvet vaihtuvat uusiin.

Julkaistu Tiede-lehdessä

1/2003

Mikä tuotantolaitos tähtitaivas onkaan! Jokainen näkemäsi tähti muuntaa sisuksissaan keveitä alkuaineita raskaammiksi. Esimerkiksi helium yhtyy hiileksi ja hapeksi, mutta muitakin aineita syntyy. Karkeasti ottaen kaikki heliumia raskaammat aineet ovat syntyneet tähdissä.

Kun katsot ympärillesi, katsot tähtien menneisyyteen, sillä maapallolla olevat aineet syntyivät yli viisi miljardia vuotta sitten loistaneiden tähtien uumenissa. Aine, josta tietokoneesi on tehty, muhi aikoinaan tähdissä. Piirakkareseptin aineet ovat tähdistä. Luonnollisesti sinä itsekin olet tähtiainesta. Jollemme ymmärrä tähtiä, emme siis ymmärrä itseämmekään.




Vanhin tähti on aneeminen

Lokakuussa 2002 löytyi vanhin toistaiseksi tunnettu tähti. Iän paljasti raudanpuute: aiemmin tunnetut tähtivanhukset sisältävät 20 kertaa enemmän rautaa kuin nyt havaittu HEO107-5240.

HEO107-5240 muodostui aineesta, joka oli rikastunut vain muutaman supernovan räjäh-dyksestä - ehkä vain yhden. Kaasunkierrätys-laitos nimeltä Linnunrata oli vasta aloittanut toimintansa.

"Tämä saattaa olla ensimmäinen tuntemamme toisen sukupolven tähti", huomauttaa Timothy Beers Michiganin yliopiston tiedotteessa. Hän osallistui tähden löytäneen kansainvälisen tutkimusryhmän työhön. "Tähdessä näkyy tois-taiseksi parhaiten, mitä ainetta muodostu-massa oleva Linnunrata oli."


Alkutähdissä vain kevyitä aineita

Vielä 1920-luvulla tutkijat arvelivat tähtien koostuvan raudan kaltaisista raskaista aineista. Tämä johtui siitä, että tähtien valossa näkyi runsaasti raudan aiheuttamia spektriviivoja.

Nykyisin tiedämme, että tähdet sisältävät samoja aineita kuin maapallo. Tämä käy järkeen, sillä planeetat - ja mahdolliset eliöt niiden pinnalle - syntyvät tähden muodostumisen sivutuotteena.

Tuttujen aineiden määräsuhteet ovat tähdissä kuitenkin outoja. Useimmat Linnunradan tähdet ovat enimmäkseen vetyä, joka on Maassa harvinaista. Lisäksi niissä on noin 25 prosenttia heliumia. Heliumia raskaampia aineita on vain ripaus: 0,00002-4 prosenttia.

Tähdissä ei aina ole ollut raskaita aineita. Linnunradan ensimmäiset tähdet, jotka syttyivät noin 15 miljardia vuotta sitten, koostuivat lähes pelkästään vedystä ja heliumista. Niiden ympärille ei siis voinut muodostua kiviplaneettojakaan.

Uudet sukupolvet yhä raskaampia

Auringolla on Maan kaltaisia planeettoja sen ansiosta, että tähtien kaasu on rikastunut tähtisukupolvesta toiseen.

Kun ihailet tähtitaivasta, katselet itse asiassa kaasunkierrätyslaitosta nimeltä Linnunrata. Kaikki tähdet nimittäin lopulta paiskaavat ytimissään valmistuneen materian tähtienväliseen aineeseen, josta muodostuu uusia tähtiä. Vuorollaan ne luovuttavat aikaansaannoksiaan seuraavan sukupolven raaka-aineeksi. Siksi jokainen uusi tähtisukupolvi sisältää edellistä enemmän raskaita alkuaineita.

Tähtipolvet eroavat siis toisistaan kemiallisesti ja ovat ikään kuin Linnunradan arkeologisia kerrostumia. Voit arvata, että tähtitieteilijät unelmoivat näiden kerrostumien "kaivamisesta".

Toistaiseksi Linnunradan kemiallinen kehitys tunnetaan vain pääpiirteittäin. Galaksimme ensimmäiset tähdet räjähtivät supernovina loistettuaan kymmenisen miljoonaa vuotta, ja niistä jäi seuraavaan tähtisukupolveen jo aavistus raskaita aineita. Sitä seuraavassa oli jo enemmän, ja Auringossa niitä riitti jo maapalloksi asti. Kierto jatkuu yhä.






Onko avaruudessa alkuaine nollaa?

Alkuaineille annetaan järjestysluku yti-men protonien määrän perusteella. Ke-veimmällä tunnetulla alkuaineella ve-dyllä on vain yksi protoni, joten sen järjestysluku on yksi.

Viime vuonna ranskalaisfyysikko Francisco-Miguel Marqués työryhmi-neen kuitenkin havaitsi epäsuorasti hiukaskiihdytinkokeessa neljästä neutro-nista koostuvan rypään, "tetraneutro-nin". Voisiko löytö olla alkuaine nollan protoniton ydin?

Nollaa saattaisi löytyä tähdistäkin. Ohion yliopiston tutkija Daniel Phillips arvelee New Scientistissa, että neutronitähden pinnalla voi muodostua tetraneutroneita.

Alkuaine nollan olemassaolo saattaisi muuttaa fyysikoiden käsityksen atomien sisällä vaikuttavista voimista täysin, sillä neljän neutronin ryhmittymän ei pitäisi olla vakaa. Alustavan löydön tehneet tutkijat yrittävät varmistaa havaintonsa toista-malla kokeen.


Supernova pirskottaa raskaat aineet

Orionin tähtikuvion vasemmassa yläkulmassa loistaa jättiläistähti Betelgeuze. Sen polttoaine on lopussa, joten tähtitieteellisesti katsoen pian - muutaman sadantuhannen vuoden kuluttua - se kuolee räjähtäen supernovana. Räjähdys pirskottaa avaruuteen valtaosan tähden fuusioreaktioissa valmistuneista alkuaineista.

Mitä alkuaineita missäkin yötaivaalla näkemässäsi tähdessä valmistuu, riippuu tähden massasta. Nyrkkisääntö on, että raskas tähti tuottaa laajan valikoiman raskaita aineita ja elää lyhyen, kiivaan elämän. Kevyempi sinnittelee pitkään ja tuottaa pienen valikoiman suhteellisen kevyitä aineita.

Betelgeuzen massaa ei tunneta tarkasti, mutta sen arvellaan olevan lähes 20 Auringon veroinen. Jos tämä pitää paikkansa, Betelgeuze tuottaa ytimessään tätä nykyä hiiltä ja happea. Myöhemmin syntyy myös muun muassa piitä, rikkiä, magnesiumia ja rautaa. Sitten pamahtaa.

Aurinkokin puhaltaa kuorensa

Oma tähtemme on liian kevyt räjähtääkseen supernovana, mutta se kuitenkin sinkoaa kuorikerroksensa seuraavalle tähtisukupolvelle noin viiden miljardin vuoden kuluttua. Puhalluksen synnyttämää pilveä kutsutaan planetaariseksi sumuksi. Näin on käynyt jo monelle vastaavanmassaiselle tähdelle.




Kääpiötähden kemiasta mittanauha

Suomessa kehitettiin uusi tapa selvittää Lin-nunradan himmeimpien tähtien etäisyydet. - Kääpiötähtien kemiaan perustuva mittanau-hamme on viisi kertaa tarkempi kuin aikaisem-mat, epäsuorat etäisyyden mittauskeinot, sa-noo akatemiatutkija Chris Flynn Tuorlan observatoriosta.

Nyt Aurinko on enimmäkseen vetyä. Lisäksi siinä on 25 prosenttia heliumia ja kaksi prosenttia sitä raskaampia aineita. Näistä aineista ehtii vielä ennen tähtemme kuolemaa muodostua lisää heliumia sekä hieman hiiltä ja typpeäkin.

Linnunradan kiekossa, jossa Aurinko ja suurin osa Linnunradan muista noin 200 miljardista tähdestä sijaitsevat, on yhä kaasua. Siitä syntyy uusi tähti noin kerran vuodessa, ja vanhan, raskaan tähden supernovaräjähdys ripottelee raskaimpia alkuaineita kaasuun kerran sadassa vuodessa. Hidas kierrätys jatkuu.

Ehkä Betelgeuzen kohta avaruuteen lennättämästä aineesta muodostuu viiden miljardin vuoden päästä tähti ja sille planeetta, jonka kaasukehään Betelgeuzen happi päätyy.

Palstan pitäjä Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Sisältö jatkuu mainoksen alla