Supernovaräjähdyksessä syntyneen Cassiopeia A:n värit kertovat alkuaineista. Punainen on piitä, keltainen rikkiä, violetti rautaa. Kuva: Nasa/Chandra X-ray Observatory
Supernovaräjähdyksessä syntyneen Cassiopeia A:n värit kertovat alkuaineista. Punainen on piitä, keltainen rikkiä, violetti rautaa. Kuva: Nasa/Chandra X-ray Observatory

Kuolinkouristuksissaan tähti suoltaa avaruuteen valtavia määriä elämän alkuaineita.

Elämän alkuaineet ovat peräisin universumin alkuhetkistä ja tähtien kuumista sisuksista. Maapallolle ja meihin ne päätyivät tähtien räjähdyksistä. Olemme kaikki ihmeellistä tähtiainesta.

Universumin yleisimmät alkuaineet vety ja helium syntyivät jo alkuräjähdyksen jälkeen. Muita alkuaineita muodostuu, kun tähti säteilee energiaa yhdistämällä vedyn isotooppeja heliumiksi, jonka ytimet yhtyvät raskaammiksi ytimiksi. Elämälle välttämätöntä happea tulee, kun heliumytimien liitto tuottaa hiiltä ja edelleen happea.

Rautaa raskaampia alkuaineita tuottavat hurjat tehtaat, kuten tähtien supernovaräjähdykset ja neutronitähtien törmäykset. Jos alkuaineen ytimessä on paljon protoneita, normaali yhdistely on vaikeaa. Protonit hylkivät toisiaan, koska niillä on sama sähkövaraus.

Ratkaisevaan rooliin nousevat atomin ytimen varaukseton hiukkanen neutroni sekä heikkoon vuorovaikutukseen liittyvä niin kutsuttu beetahajoaminen, jossa neutroni muuttuu ytimessä protoniksi.

Raskaiden alkuaineiden siemeniksi tarvitaan esimerkiksi rautaytimiä, joita tähdessä voi olla aiempien prosessien seurauksena. Kun rautaydin sieppaa neutroneita, muodostuu lopulta radioaktiivisia raudan isotooppeja. Näiden rautaydinten beetahajoamisessa syntyy yhtä protonilukua suurempi kobolttiydin. Se nappaa neutroneita, ja beetahajoaminen tuottaa jälleen yhtä protonilukua suuremman isotoopin, tällä kertaa nikkelin. Näin prosessi jatkuu yhä raskaampiin alkuaineisiin.

Neutronitähdet paljastuivat miiluiksi vasta äskettäin

Neutronitähtien törmäys paljastui raskaiden alkuaineiden lähteeksi ensimmäisen kerran vuonna 2017. Kosminen kolari aiheutti painovoima-aaltoja, jotka yhdysvaltalainen havaintolaite Ligo ja eurooppalainen Virgo rekisteröivät. Samalla löytyi merkkejä esimerkiksi kullasta, platinasta ja uraanista. Kultaa oli 15–70 maapallon massan verran.

Samana vuonna Yhdysvaltain avaruushallinnon Chandra-röntgenteleskooppi kuvasi kuuluisan supernovan Cassiopeia A:n jäännöksiä ja osoitti, että kuolinkouristuksissaan tähti suolsi avaruuteen uskomattomia määriä meille tuttuja alkuaineita.

Noin 11 000 valovuoden päässä sijaitseva supernova räjähti 300 vuotta sitten. Se levitti rikkiä 10 000:n, piitä 20 000:n, rautaa 70 000:n ja happea miljoonan maapallon massan verran. Jo aiemmin pilvestä oli havaittu typpeä, hiiltä, vetyä ja fosforia.

Cassiopeia A on siis levittänyt avaruuteen paljon alkuaineita, joista mekin koostumme. Ihmisestä 96 prosenttia on vetyä, happea, hiiltä ja typpeä. Niiden lisäksi elämän peruselementteihin kuuluvat fosfori ja rikki.

Ehkä Cassiopeia A:n synnyttämät alkuaineet päätyvät joskus planeetoille – uuden elämän aineksiksi. Supernovan jäännökset leviävät parhaillaan valovuoden levyisenä pilvenä aurinkokuntaamme laajemmalle alueelle tuhansien kilometrien sekuntivauhtia – ja leviämisen arvioidaan jatkuvan tuhansia vuosia.

 

Lue lisää

Tiede-lehdessä 12/2018 on pitkä artikkeli, jossa tiedetoimittaja Matti Mielonen hämmästelee universumin ihmeitä alkuaineista elämän satunnaisuuteen, maailmankaikkeuden laajenemisesta hirmuisimpiin mustiin aukkoihin ja pimeästä aineesta vanhimpaan valoon.

Jos aihe kiinnostaa, käy ostamassa paperilehti tai iPad-digilehti.

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea artikkelin kirjautumalla tilaajatunnuksillasi Digilehdet-palveluun.

Ellet ole vielä aktivoinut digilukuominaisuutta, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.

Ellet ole tilaaja, voit hyödyntää maksutonta tutustumistilausta, joka tarjoaa neljän viikon lukuoikeuden Tiede-lehden artikkeleihin.

Pääset tekemään tilauksen klikkaamalla tätä artikkelilinkkiä.