Moléculas orgânicas são encontradas nas regiões de formação estelar, nos remanescentes das estrelas e no gás interestelar, por toda a Via Láctea. Em princípio, os ingredientes dos planetas rochosos e a vida neles poderiam aparecer em nosso Universo com bastante rapidez e muito antes do surgimento da Terra.A história de como o Universo se tornou o que vemos hoje, do Big Bang a um enorme espaço repleto de aglomerados, galáxias, estrelas, planetas e vida, une todos nós. Do ponto de vista dos habitantes do planeta Terra, 2/3 da história do espaço já passou antes do aparecimento do Sol e da Terra. No entanto, a vida apareceu em nosso mundo enquanto somos capazes de olhar para o passado usando medições - talvez até 4,4 bilhões de anos atrás. Isso nos faz pensar: a vida não apareceu no Universo antes do nosso planeta e, em princípio, por quanto tempo ela poderia aparecer? Nosso leitor quer saber isso:
Quanto tempo depois do Big Bang poderiam acumular elementos pesados o suficiente para formar planetas e possivelmente vida?
E mesmo se nos restringirmos ao tipo de vida que consideramos "semelhante à nossa", a resposta a essa pergunta nos levará mais longe no passado do que você poderia imaginar.
Os depósitos de grafite encontrados no zircão são a evidência mais antiga de vida baseada em carbono na Terra. Esses depósitos e a quantidade de carbono-12 neles datam da aparência da vida na Terra há mais de 4 bilhões de anos atrás.Obviamente, não podemos ir até o começo do universo. Após o Big Bang, não havia apenas estrelas ou galáxias, nem mesmo átomos. Tudo precisa de tempo para aparecer, e o Universo, que continha após o nascimento um mar de matéria, antimatéria e radiação, começou a existir com um estado bastante uniforme. As regiões mais densas eram uma fração de um por cento - talvez apenas 0,003% - mais densas que a média. Isso significa que o trabalho de colapso gravitacional levará um período enorme para criar, por exemplo, um planeta 10 a 30 vezes mais denso que a densidade média do Universo. E, no entanto, o Universo teve o tempo necessário para o aparecimento de tudo isso.
A linha do tempo padrão para a história do universo. Embora a Terra tenha aparecido apenas 9,2 bilhões de anos após o Big Bang, muitos passos necessários para criar um mundo como o nosso ocorreram muito cedoApós o primeiro segundo, a antimatéria aniquilou-se com a maior parte da matéria, e poucos prótons, nêutrons e elétrons permaneceram no mar de neutrinos e fótons. Após 3-4 minutos, prótons e nêutrons formaram núcleos atômicos neutros, mas quase todos eram isótopos de hidrogênio e hélio. E somente quando o Universo esfriou a uma certa temperatura, que levou 380.000 anos, os elétrons se juntaram a esses núcleos e formaram átomos neutros pela primeira vez. E mesmo com esses ingredientes fundamentais, a vida - e até os planetas rochosos - até agora eram impossíveis. Somente átomos de hidrogênio e hélio são indispensáveis.
Com o resfriamento do Universo, os núcleos atômicos aparecem e depois deles, com mais átomos neutros de resfriamento. No entanto, quase todos esses átomos são hidrogênio e hélio, e somente após muitos milhões de anos atrás as estrelas começam a se formar, na qual elementos pesados aparecem, necessários para o aparecimento de planetas rochosos e vida.Mas o colapso gravitacional é uma realidade e, com tempo suficiente, mudará a aparência do universo. Embora a princípio demore muito tempo, continua incansavelmente e está ganhando força. Quanto mais densa a região do cosmos se torna, melhor ele consegue atrair mais e mais matéria. Sites começando com a densidade mais alta crescem mais rápido que outros, e nossas simulações mostram que as primeiras estrelas deveriam ter se formado cerca de 50 a 100 anos após o Big Bang. Supunha-se que essas estrelas consistissem exclusivamente de hidrogênio e hélio e poderiam atingir massas bastante grandes: centenas ou até milhares de energia solar. E quando uma estrela tão grande é formada, ela morre em um ou dois milhões de anos.
Mas no momento da morte de tais estrelas, algo incrível acontece - e tudo graças à vida deles. Todas as estrelas sintetizam hélio a partir de hidrogênio no núcleo, mas as mais massivas não apenas sintetizam carbono a partir de hélio - elas mudam para a síntese de oxigênio a partir de carbono, néon / magnésio / silício / enxofre a partir de oxigênio, e lá vai cada vez mais longe, avançando ao longo da tabela periódica de elementos até que atinjam ferro, níquel e cobalto. Depois disso, não há para onde ir, e o núcleo entra em colapso, lançando uma explosão de supernova. Essas explosões lançam enormes quantidades de elementos pesados no Universo, dando origem a novas gerações de estrelas e enriquecendo o espaço interestelar. De repente, elementos pesados, incluindo os ingredientes necessários para o aparecimento de planetas rochosos e moléculas orgânicas, preenchem essas protogalaxias.
Os átomos se ligam para formar moléculas, incluindo moléculas orgânicas e processos biológicos, tanto nos planetas quanto no espaço interestelar. Assim que os elementos pesados necessários se tornam disponíveis no Universo, a formação dessas "sementes da vida" é inevitávelQuanto mais estrelas viverem, se esgotarem e morrerem, mais enriquecida será a próxima geração de estrelas. Muitas supernovas criam estrelas de nêutrons e, nas fusões de estrelas de nêutrons, o maior número de elementos mais pesados da tabela periódica aparece. Um aumento na proporção de elementos pesados significa um aumento no número de planetas rochosos com maior densidade, no número de elementos necessários para a vida que conhecemos e na probabilidade de surgimento de moléculas orgânicas complexas. Não precisamos do sistema estelar médio do universo para se parecer com o sistema solar; precisamos apenas de várias gerações de estrelas para viver e morrer na região mais densa do espaço, a fim de reproduzir as condições adequadas para o aparecimento de planetas rochosos e moléculas orgânicas.
No centro dos remanescentes da supernova, o RCW 103 é uma estrela de nêutrons que gira lentamente, anteriormente uma estrela massiva, chegando ao fim de sua vida. E embora as supernovas sejam capazes de enviar elementos pesados sintetizados no núcleo de volta ao Universo, são as fusões subsequentes de estrelas de nêutrons que criam a maioria dos elementos mais pesados.Quando o universo tinha apenas um bilhão de anos, os objetos mais distantes, a abundância de elementos pesados nos quais se pode medir,
contêm muito carbono : tanto quanto em nosso sistema solar. Um número suficiente de outros elementos pesados é digitado ainda mais rapidamente; o carbono pode precisar de mais tempo para atingir uma alta concentração, porque aparece principalmente em estrelas que não se transformam em supernovas, e não naquelas estrelas ultramassas que explodem. Planetas rochosos não precisam de carbono; outros elementos pesados cairão. (E
muitas supernovas criam fósforo ; não é necessário acreditar em relatórios recentes que exageram incorretamente seu déficit). É provável que apenas algumas centenas de milhões de anos após a ignição das primeiras estrelas - quando o Universo tivesse entre 300 e 500 milhões de anos - planetas rochosos já estavam se formando em torno das estrelas mais enriquecidas.
Disco protoplanetário em torno de uma jovem estrela, HL Taurus ; Foto ALMA . Lacunas no disco indicam a presença de novos planetas. Uma vez que o disco tenha elementos pesados o suficiente, planetas rochosos podem aparecer nele.Se o carbono não fosse necessário para a vida, ao mesmo tempo em certas regiões do espaço, os processos da vida poderiam começar. Mas, para uma vida semelhante à nossa, é necessário carbono, o que significa que, para uma boa probabilidade da aparência da vida, é preciso esperar um pouco mais. Embora os átomos de carbono apareçam, levará de 1 a 1,5 bilhão de anos para acumular uma quantidade suficiente dele: até o Universo atingir 10% da sua idade atual, e não apenas 3-4%, que são necessários apenas para o aparecimento de rochas. planetas. É interessante pensar que o Universo formou os planetas e todos os ingredientes necessários na quantidade certa para a aparência da vida, exceto o carbono, e que, para criar uma quantidade suficiente do ingrediente mais importante na vida, você precisa esperar até que a mais massiva das estrelas semelhantes ao sol viva e morra.
Remanescentes de supernovas (esquerda) e nebulosa planetária (direita) - esses dois métodos permitem que as estrelas retornem elementos pesados queimados de volta ao espaço interestelar e os usem para o aparecimento de estrelas e planetas da próxima geração. Estrelas parecidas com o Sol, após a morte da qual permanece uma nebulosa planetária, são a principal fonte de carbono no Universo. Leva mais tempo para produzi-lo, porque as estrelas, após a morte da qual aparece uma nebulosa planetária, vivem mais do que aquelas que morrem na forma de supernovas.Extrapolar para o passado as formas de vida mais avançadas da Terra que apareceram em diferentes épocas é um exercício interessante. Acontece que o aumento da complexidade dos genomas segue uma certa tendência. Se retornarmos a
bases emparelhadas separadas, obteremos um período mais semelhante a 9 a 10 bilhões de anos do que 12 a 13 bilhões de anos atrás. Isso é uma indicação de que a vida existente na Terra apareceu muito antes da própria Terra? E isso é uma indicação de que a vida poderia ter começado bilhões de anos atrás e, em nosso espaço, foram necessários vários bilhões de anos para começar?
Neste gráfico semi-logarítmico, a complexidade dos organismos, medida pelo comprimento do DNA funcional não redundante em relação ao genoma, contada a partir das bases emparelhadas dos nucleotídeos, aumenta linearmente com o tempo. O tempo é contado em bilhões de anos a partir do momento atual.No momento, não sabemos disso. Mas não sabemos onde passa a linha entre a vida e não a vida. Também não sabemos se a vida terrestre começou aqui, em um planeta formado anteriormente, ou em algum lugar nas profundezas do espaço interestelar,
sem nenhum planeta .
Muitos aminoácidos que não são encontrados na natureza são encontrados no meteorito de Murchison , que caiu na Terra na Austrália em 1969. O fato de existirem mais de 80 tipos únicos de aminoácidos em uma simples pedra cósmica sugere que os ingredientes para a vida, ou mesmo a própria vida, não apareceram no planeta.É muito interessante que os ingredientes básicos e crus necessários para a vida tenham aparecido logo após a formação das primeiras estrelas, e o ingrediente mais importante - carbono, o quarto elemento mais abundante do Universo - é o ingrediente mais recente para atingir a quantidade de que precisamos. Em alguns lugares, planetas rochosos apareceram muito mais cedo do que a vida poderia aparecer: apenas meio bilhão de anos após o Big Bang, ou mesmo antes. Porém, assim que temos carbono suficiente, de 1 a 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, todos os passos necessários para o aparecimento de moléculas orgânicas e o início do movimento em direção à vida tornam-se inevitáveis. Independentemente dos processos da vida que levaram ao surgimento da humanidade, tanto quanto os entendemos, eles poderiam começar sua jornada quando o Universo fosse dez vezes menor do que agora.