Semesta dan logam berat

Kami dikreditkan dengan kelahiran sesuatu seperti logam berat. Jika demikian, maka kita perlu melakukan aborsi.
- Ginger Baker, pendiri band rock Inggris Cream

Lihatlah ke sekelilingmu. Lihatlah ke sekeliling dengan cermat. Untuk semua yang mengelilingi Anda - batu, pohon, gunung, langit, awan, Matahari, air, semua makhluk hidup.

Terdiri dari apa semua itu?



Pada level fundamental, semua yang Anda tahu, semua yang ada di Bumi, terdiri dari atom. Hidrogen, karbon, nitrogen, kalsium, besi, emas, dll. Semua elemen alam semesta digabungkan dalam banyak cara berbeda untuk mendapatkan semua yang dapat kita amati di alam semesta. Dan jika kita melihat esensi dari objek, kita akan melihat hal yang memberikan sifat khusus pada setiap atom.



Dan, yang mengejutkan, itu hanya akan menjadi jumlah proton dalam inti atom. Dan seluruh variasi benda yang ada di dunia kita dapat eksis hanya karena di dunia terdapat banyak elemen, dari hidrogen hingga uranium dan seterusnya.



Tetapi semua elemen ini tidak selalu ada. Dan, tentu saja, jumlah mereka tidak selalu sebanyak hari ini. Sebagai contoh, beberapa menit setelah Big Bang, Semesta cukup dingin untuk semua reaksi nuklir yang dapat terjadi di bawah kondisi yang ada untuk terjadi di dalamnya. Dan kita dapat mengatakan elemen apa yang ada pada saat itu di alam semesta.



Cukup aneh, tetapi Alam Semesta (berdasarkan massa) terdiri dari 76% hidrogen, 24% helium, dan tidak lebih dari 0,0000001% dari semua elemen lainnya yang digabungkan. Semesta mendingin dan menghasilkan atom-atom netral tanpa masalah, tetapi karena hanya hidrogen dengan helium dan sejumlah kecil atom lain yang muncul di dalamnya, kita hanya dapat terkejut melihat apa yang kita miliki saat ini.



Dari mana semua ini berasal? Semua elemen yang tersedia saat ini telah muncul, dan masih muncul dalam satu cara: di bintang-bintang.



Matahari kita, seperti kebanyakan bintang lainnya, dalam proses fusi nuklir mengubah hidrogen menjadi helium, dan inilah yang memberi makan makanan termasyhur kita. Tapi yang terberat, sebagian besar bintang masif membakar bahan bakar mereka jauh lebih cepat. Dan ketika mereka membakar semua hidrogen, mereka mengubah helium yang dihasilkan menjadi karbon, dan kemudian menjadi nitrogen, oksigen, neon dan natrium, dan kemudian menjadi silikon dan belerang, dan kemudian menjadi besi, nikel, kobalt dan tembaga.



Bintang mencapai tahap ini, massa yang melebihi minimum matahari delapan, atau bahkan ratusan kali. Matahari akan membutuhkan sekitar sepuluh miliar tahun untuk membakar semua bahan bakarnya. Dan lebih banyak bintang masif membakar dari puluhan juta menjadi hanya puluhan ribu tahun hingga kehabisan bahan bakar di intinya! Dan tahap selanjutnya sangat menghibur.



Sebuah bintang berubah menjadi supernova, dan energi yang dipancarkan olehnya cukup untuk menciptakan semua elemen Semesta, dan dalam jumlah yang sangat besar.

Video menunjukkan bagaimana elemen-elemen ini tersebar dan jatuh ke alam semesta. Dari sudut pandang hidrogen dan helium murni, kita dapat mengatakan bahwa mereka "mencemari" Semesta. Tetapi jika Anda menyukai kelimpahan semua logam berat dan elemen lain di Semesta, Anda dapat mengatakan bahwa mereka memperkaya itu.

Di beberapa daerah kaya di masa lalu dengan massa bintang besar - terutama di mana banyak generasi bintang telah berubah - Anda dapat menemukan sejumlah besar logam. Gambar inilah yang diamati di bagian kosmos tempat Matahari berada. Bagaimanapun, ia memiliki sejumlah besar garis serapan spektral yang secara unik menentukan keberadaan unsur-unsur berat!



Tidak seperti Alam Semesta yang "bersih", wilayah kosmos kita diperkaya, dan sekitar 2% dari semua elemen di dalamnya lebih berat daripada hidrogen atau helium. Matahari kita didahului oleh setidaknya dua generasi bintang yang terbentuk, membakar bahan bakarnya, mati dan memperkaya wilayah ruang mereka. Tetapi wilayah kita tidak dapat disebut sebagai salah satu wilayah terkaya di Semesta, atau bahkan galaksi kita.

Dan di mana kita bisa mencari daerah seperti itu?



Sejumlah besar elemen yang lebih berat daripada helium, yang oleh para ahli kosmologi disebut logam , terletak di pusat galaksi paling masif - daerah paling terang, paling aktif dan paling kejam yang dikenal di Semesta.

Galaksi mulai membentuk bintang hanya 50-100 juta tahun setelah Big Bang, dan dalam galaksi yang paling masif dan terkaya, sebelum cahaya mereka mencapai kita, bukan satu atau dua, tetapi banyak generasi bintang dapat diganti.

Karena itu, ketika saya melihat berita seperti ini :

Para ilmuwan terkejut menemukan bahwa karbon ada di Semesta jauh lebih awal dari yang diperkirakan sebelumnya.

Saya sangat kagum. Karena jika itu tidak berarti "awal" tahun 1920, maka kami tidak berpikir begitu!



Ini adalah TN J0924-2201 , yang terjauh dari galaksi radio terbuka (dengan pergeseran merah z = 5.19. Semakin besar jumlah pergeseran merah, semakin muda alam semesta pada waktu itu, dan semakin jauh objeknya dari kita). Sebuah karya ilmiah ditulis tentangnya. Tetapi apakah ini sangat mengejutkan bahwa begitu banyak logam berat telah ditemukan di galaksi ini? Kami mengutip artikel :

Dalam kisaran 2,0 <z <4,5, tidak ada evolusi logam yang diamati. Menggunakan spektroskopi inframerah-dekat, Jiang dan rekan-rekan (2007) tidak menemukan evolusi nyata dari keasaman hingga z ~ 6. Baru-baru ini, Juarez dan rekan (2009) menemukan bahwa keasaman sangat tinggi bahkan untuk quasar dengan z ~ 6. Hasil ini menunjukkan bahwa era utama evolusi kimia dalam inti aktif galaksi adalah pada z> 6.

Jangan terkecoh dengan tajuk berita: diketahui bahwa Semesta kaya akan logam dan telah berevolusi secara serius beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, yaitu ketika usianya hanya 5% dari masa sekarang! Sebagai contoh, mari kita perhatikan galaksi "bayi" ini:

scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/11/spitzer_hubble_big_baby_galaxy_2.jpeg

Galaksi ini baru berumur 700 juta tahun, pergeseran merahnya sedemikian rupa sehingga cahaya yang datang darinya - sebagian besar berwarna biru atau ultraviolet - telah bergeser dari bagian spektrum yang terlihat! Namun galaksi ini tidak hanya 8 kali lebih besar dari massa Bima Sakti, tetapi bahkan lebih kaya unsur berat dari Matahari kita!

Namun, kita tahu bahwa pada suatu titik di masa lalu, yang paling pertama dari bintang yang terbentuk hanya terdiri dari hidrogen dan helium. Dimana itu? Tetap hanya untuk melihat lebih jauh ke masa lalu.



Sejauh ini, ini adalah yang terjauh dari semua galaksi yang kita kenal : UDFj-39546284 . Itu ada ketika alam semesta hanya berusia 480 juta tahun, yaitu 3,5% dari usia saat ini!

Ada sejumlah kecil bintang biru panas di galaksi ini, dan massanya kurang dari 1% dari massa Bimasakti! Apakah bintang-bintang pertama terbentuk di sana? Apakah galaksi ini khas dari tahap awal alam semesta yang ada saat itu?

Menurut teori terbaik kami, kami tidak akan terkejut jika galaksi awal begitu kaya akan logam, dan - dalam banyak kasus - massa mereka sebanding dengan massa Bima Sakti. Tetapi pada titik tertentu, beberapa galaksi yang jauh akan menjadi yang pertama. Dan kami ingin tahu di mana itu dan kapan. Dan sekarang, hanya satu rencana yang sedang dikembangkan untuk mengklarifikasi fakta ini.



Dan ini hanyalah salah satu alasan kita membutuhkan teleskop ruang angkasa untuk mereka. James Webb!

Dan sementara kita tidak meluncurkannya, jangan heran bahwa bagian-bagian jauh dari Semesta terdiri dari logam-logam berat, bintang-bintang berevolusi dan galaksi-galaksi besar. Alam semesta adalah tempat di mana segala sesuatu yang kita ketahui terjadi dengan sangat cepat. Orang hanya dapat menebak berapa tahun yang lalu, di bawah kondisi yang sesuai, planet-planet dan bahkan kehidupan dapat terbentuk!