تم العثور على الجزيئات العضوية في مناطق تكوين النجوم ، في بقايا النجوم والغاز بين النجوم ، في جميع أنحاء درب التبانة. من حيث المبدأ ، يمكن أن تظهر مكونات الكواكب الصخرية والحياة عليها في الكون بسرعة كافية ، وقبل ظهور الأرض بوقت طويلإن قصة كيف أصبح الكون ما نراه اليوم ، من الإنفجار الكبير إلى مساحة ضخمة مليئة بالمجموعات والمجرات والنجوم والكواكب والحياة ، توحدنا جميعًا. من وجهة نظر سكان كوكب الأرض ، مر 2/3 من تاريخ الفضاء قبل ظهور الشمس والأرض. ومع ذلك ، ظهرت الحياة في عالمنا طالما أننا قادرون على النظر إلى الماضي باستخدام القياسات - ربما قبل 4.4 مليار سنة. هذا يجعلنا نتساءل: ألم تظهر الحياة في الكون قبل كوكبنا ، ومن حيث المبدأ ، إلى متى يمكن أن تظهر؟ يريد قارئنا معرفة ذلك:
متى يمكن أن تتراكم عناصر ثقيلة كافية لتشكيل الكواكب ، وربما الحياة ، بعد الانفجار العظيم.
وحتى إذا حصرنا أنفسنا في نوع الحياة التي نعتبرها "مشابهة لحياتنا" ، فإن إجابة هذا السؤال ستعيدنا إلى الماضي أكثر مما تتخيل.
إن رواسب الجرافيت الموجودة في الزركون هي أقدم دليل على الحياة القائمة على الكربون على الأرض. هذه الرواسب ومقدار الكربون -12 فيها يؤرخان لظهور الحياة على الأرض منذ أكثر من 4 مليارات سنة.بالطبع ، لا يمكننا الذهاب إلى بداية الكون. بعد الانفجار العظيم ، لم يكن هناك فقط نجوم أو مجرات ، ولا حتى ذرات. كل شيء يحتاج إلى وقت للمظهر ، والكون ، الذي احتوى بعد الولادة بحر من المادة ، المادة المضادة والإشعاع ، بدأ في الوجود بحالة موحدة إلى حد ما. كانت المناطق الأكثر كثافة جزءًا في المئة - ربما 0.003 ٪ فقط - أكثر كثافة من المتوسط. هذا يعني أنه سيستغرق عمل انهيار الجاذبية فترة زمنية طويلة لإنشاء ، على سبيل المثال ، كوكبًا أكثر كثافة من 10-30 مرة من متوسط كثافة الكون. ومع ذلك ، كان لدى الكون الوقت اللازم لظهور كل هذا.
الجدول الزمني القياسي لتاريخ الكون. على الرغم من أن الأرض ظهرت بعد 9.2 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم ، إلا أن العديد من الخطوات اللازمة لإنشاء عالم مثل عالمنا حدثت في وقت مبكر جدًابعد الثانية الأولى ، تم القضاء على المادة المضادة مع معظم المادة ، وبقي عدد قليل من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في بحر النيوترينوات والفوتونات. بعد 3-4 دقائق ، شكلت البروتونات والنيوترونات نويات ذرية محايدة ، ولكن كلها تقريبًا كانت نظائر الهيدروجين والهيليوم. وفقط عندما يبرد الكون إلى درجة حرارة معينة ، تستغرق 380،000 سنة ، يمكن للإلكترونات الانضمام إلى هذه النوى وتشكيل ذرات محايدة للمرة الأولى. وحتى مع هذه المكونات الأساسية ، كانت الحياة - وحتى الكواكب الصخرية - مستحيلة حتى الآن. لا غنى عن ذرات الهيدروجين والهليوم وحدها.
مع تبريد الكون ، تظهر النوى الذرية وبعدها ، مع مزيد من التبريد - ذرات محايدة. ومع ذلك ، فإن كل هذه الذرات تقريبًا هي هيدروجين وهليوم ، وبعد ملايين الملايين من السنين فقط بدأت النجوم تتشكل تظهر فيها العناصر الثقيلة ، وهي ضرورية لظهور الكواكب الصخرية والحياةلكن انهيار الجاذبية هو حقيقة ، ولدي الوقت الكافي سيغير مظهر الكون. على الرغم من أن الأمر يستغرق في البداية وقتًا طويلاً جدًا ، إلا أنه يستمر بلا كلل ويكتسب زخمًا. كلما أصبحت منطقة الكون أكثر كثافة ، كلما تمكنت من جذب المزيد والمزيد من المواد. تنمو المواقع التي تبدأ بأعلى كثافة بشكل أسرع من المواقع الأخرى ، وتُظهر عمليات المحاكاة التي أجريناها أنه كان يجب أن تكون النجوم الأولى قد تكونت بعد حوالي 50-100 سنة من الانفجار العظيم. كان من المفترض أن تتكون هذه النجوم حصريًا من الهيدروجين والهيليوم ، ويمكن أن تنمو إلى كتل كبيرة جدًا: مئات أو حتى آلاف الطاقة الشمسية. وعندما يتشكل مثل هذا النجم الضخم ، سيموت في مليون أو مليوني سنة.
ولكن في وقت وفاة مثل هذه النجوم ، يحدث شيء مذهل - وكل ذلك بفضل حياتهم. تقوم جميع النجوم بتوليف الهليوم من الهيدروجين في القلب ، ولكن الأكثر ضخامة لا تقوم فقط بتكوين الكربون من الهليوم - إنها تتحول إلى توليف الأكسجين من الكربون ، النيون / المغنيسيوم / السيليكون / الكبريت من الأكسجين ، وهناك يذهب أبعد وأبعد ، إلى الأمام على طول الجدول الدوري للعناصر حتى يصلوا إلى الحديد والنيكل والكوبالت. بعد ذلك ، لا يوجد مكان للذهاب إليه ، وينهار القلب ، مما يؤدي إلى انفجار مستعر أعظم. تلقي هذه الانفجارات كميات هائلة من العناصر الثقيلة في الكون ، مما يؤدي إلى ظهور أجيال جديدة من النجوم وإثراء الفضاء بين النجوم. فجأة ، تملأ العناصر الثقيلة ، بما في ذلك المكونات الضرورية لظهور الكواكب الصخرية والجزيئات العضوية ، هذه المجرات الأولية.
تتحد الذرات لتكوين جزيئات ، بما في ذلك الجزيئات العضوية والعمليات البيولوجية ، على كل من الكواكب وفي الفضاء بين النجوم. بمجرد توفر العناصر الثقيلة اللازمة في الكون ، فإن تكوين "بذور الحياة" هذه أمر لا مفر منهكلما زاد عدد النجوم التي تعيش وتحترق وتموت ، يصبح الجيل القادم من النجوم أكثر إثراء. تخلق العديد من المستعرات الأعظمية نجومًا نيوترونية ، وفي اندماجات النجوم النيوترونية يظهر أكبر عدد من أثقل عناصر الجدول الدوري. تعني زيادة نسبة العناصر الثقيلة زيادة في عدد الكواكب الصخرية ذات الكثافة العالية ، وعدد العناصر اللازمة للحياة التي نعرفها ، واحتمال ظهور الجزيئات العضوية المعقدة. لسنا بحاجة إلى النظام النجمي المتوسط للكون ليشبه النظام الشمسي. نحتاج فقط إلى عدة أجيال من النجوم للعيش والموت في المنطقة الأكثر كثافة من الفضاء من أجل إعادة إنتاج الظروف المناسبة لظهور الكواكب الصخرية والجزيئات العضوية.
في وسط بقايا المستعر الأعظم RCW 103 ، يوجد نجم نيوتروني يدور ببطء ، وكان في السابق نجمًا ضخمًا ، يصل إلى نهاية حياته. وعلى الرغم من أن المستعرات الأعظمية قادرة على إرسال العناصر الثقيلة التي يتم تصنيعها في النواة إلى الكون ، إلا أن الاندماج اللاحق للنجوم النيوترونية هو الذي يخلق معظم العناصر الثقيلة.في الوقت الذي كان فيه الكون يبلغ من العمر مليار سنة فقط ، فإن الأجسام البعيدة ، وفرة العناصر الثقيلة التي يمكن قياسها ،
تحتوي على الكثير من الكربون : بقدر ما هو في نظامنا الشمسي. يتم كتابة عدد كافٍ من العناصر الثقيلة الأخرى بشكل أسرع ؛ قد يحتاج الكربون إلى مزيد من الوقت للوصول إلى تركيز عالٍ لأنه يظهر بشكل أساسي في النجوم التي لا تتحول إلى مستعرات أعظمية ، وليس في النجوم الضخمة جدًا التي تنفجر. الكواكب الصخرية لا تحتاج الكربون. سوف تنزل العناصر الثقيلة الأخرى. (
والعديد من المستعرات الأعظمية تخلق الفوسفور ؛ لا يحتاج المرء إلى تصديق التقارير الأخيرة التي تبالغ في عجزه بشكل غير صحيح). من المحتمل أنه بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط من اشتعال النجوم الأولى - عندما كان عمر الكون 300 إلى 500 مليون سنة - كانت الكواكب الصخرية تتشكل بالفعل حول أكثر النجوم ثراءً.
قرص كوكبي أولي حول نجم شاب ، HL Taurus ؛ صور ALMA . تشير الثغرات الموجودة في القرص إلى وجود كواكب جديدة. بمجرد أن يحتوي القرص على عناصر ثقيلة كافية ، قد تظهر فيه كواكب صخرية.إذا لم يكن الكربون ضروريًا للحياة ، فيمكن في نفس الوقت أن تبدأ في مناطق معينة من عمليات الحياة الفضائية. ولكن من أجل حياة مماثلة لحياتنا ، هناك حاجة إلى الكربون ، مما يعني أنه للحصول على احتمالية جيدة لمظهر الحياة ، عليك الانتظار لفترة أطول قليلاً. على الرغم من أن ذرات الكربون ستصادف ، سيستغرق 1-1.5 مليار سنة لتراكم كمية كافية منها: حتى يصل الكون إلى 10 ٪ من عمره الحالي ، وليس فقط 3-4 ٪ ، وهي مطلوبة فقط لظهور الصخور الكواكب. من المثير للاهتمام أن نعتقد أن الكون شكل الكواكب وجميع المكونات الضرورية بالكمية المناسبة لمظهر الحياة ، باستثناء الكربون ، وأنه من أجل إنشاء كمية كافية من أهم عنصر في الحياة ، عليك الانتظار حتى تعيش أكبر النجوم التي تشبه الشمس وتموت.
بقايا مستعر أعظم (يسار) وسديم كوكبي (يمين) - تسمح كلتا الطريقتين للنجوم بإعادة العناصر الثقيلة المحترقة إلى الفضاء النجمي واستخدامها لظهور النجوم والكواكب من الجيل التالي. النجوم الشبيهة بالشمس ، والتي لا يزال موتها سديمًا كوكبيًا ، هي المصدر الرئيسي للكربون في الكون. يستغرق إنتاجه وقتًا أطول ، لأن النجوم ، بعد موتها تظهر سديم كوكبي ، تعيش أطول من تلك التي تموت على شكل سوبرنوفا.إن استقراء الماضي أشكال الحياة الأكثر تقدمًا على الأرض التي ظهرت في عصور مختلفة هو تمرين مثير للاهتمام. اتضح أن زيادة تعقيد الجينوم يتبع اتجاهًا معينًا. إذا عدنا إلى
القواعد المزدوجة المنفصلة ، نحصل على فترة تشبه إلى 9-10 مليار سنة أكثر من 12-13 مليار سنة مضت. هل هذا مؤشر على أن الحياة الموجودة على الأرض ظهرت في وقت أبكر بكثير من الأرض نفسها؟ وهل هذا مؤشر على أن الحياة يمكن أن تكون قد بدأت منذ مليارات السنين ، وفي امتداد مساحتنا ، استغرق الأمر عدة مليارات إضافية من السنين للبدء؟
في هذا الرسم البياني شبه اللوجستي ، يزداد تعقيد الكائنات الحية ، مقاسة بطول الحمض النووي الوظيفي غير الزائد بالنسبة للجينوم ، المحسوب من القواعد المزدوجة للنيوكليوتيدات ، مع الوقت. يحسب الوقت بمليارات السنين من اللحظة الحالية.في الوقت الحالي ، لا نعرف ذلك. لكننا لا نعرف أين يمر الخط بين الحياة وليس الحياة. لا نعرف أيضًا ما إذا كانت الحياة الأرضية قد بدأت هنا ، على كوكب تم تشكيله سابقًا ، أو في مكان ما في أعماق الفضاء بين النجوم ،
دون أي كواكب على الإطلاق .
تم العثور على العديد من الأحماض الأمينية غير الموجودة في الطبيعة في نيزك Murchison ، الذي سقط على الأرض في أستراليا في عام 1969. تشير حقيقة وجود أكثر من 80 نوعًا فريدًا من الأحماض الأمينية في حجر كوني بسيط إلى أن مكونات الحياة ، أو حتى الحياة نفسها ، لم تظهر على هذا الكوكب على الإطلاق.من المثير للاهتمام للغاية أن المكونات الأولية الأولية الضرورية للحياة ظهرت بعد فترة وجيزة من تكوين النجوم الأولى ، وأهم مكون - الكربون ، رابع أكثر العناصر وفرة في الكون - هو أحدث مكون للوصول إلى الكمية التي نحتاجها. ظهرت الكواكب الصخرية في بعض الأماكن في وقت أبكر بكثير مما كان يمكن أن تظهره الحياة: بعد نصف مليار سنة فقط من الانفجار العظيم ، أو حتى قبل ذلك. ولكن بمجرد أن يكون لدينا ما يكفي من الكربون ، بعد 1.5 - 1.5 مليار سنة من الانفجار العظيم ، تصبح جميع الخطوات اللازمة لظهور الجزيئات العضوية وبدء التحرك نحو الحياة أمرًا حتميًا. بغض النظر عن عمليات الحياة التي أدت إلى ظهور البشرية ، بقدر ما نفهمها ، يمكنهم بدء رحلتهم عندما كان الكون أصغر بعشر مرات من الآن.