De kosmische geschiedenis van je glimlach we ontdekten de oorsprong

De kosmische geschiedenis van je glimlach: we ontdekten de oorsprong van fluoride in vroege sterrenstelsels

Flouride is gemaakt door Wolf-Rayet-sterren, hier gezien in de Melkweg door de Hubble-ruimtetelescoop. NASA/Judy Schmidt, CC BY-SA

Kijk naar de ingrediënten op een tube tandpasta en je zult waarschijnlijk iets lezen als “bevat natriumfluoride”. Fluoride is, zoals u waarschijnlijk weet, belangrijk voor een gezond gebit. Het versterkt het glazuur, de harde, beschermende laag rond een tand, en helpt zo gaatjes voorkomen.

Je mag niet te diep nadenken above tandpasta. Maar zoals alle dingen op aarde, van het majestueuze tot het alledaagse, heeft fluoride – en het verhaal van een glimlach – een kosmische oorsprong. Nu hebben mijn collega’s en ik een artikel gepubliceerd in Character Astronomy dat er enig licht op werpt.

Vrijwel alle natuurlijke elementen zijn lang geleden in de geschiedenis van het heelal gevormd. Waterstof is het oudste factor: het ontstond heel kort na de oerknal, zo’n 14 miljard jaar geleden. Binnen een paar minuten na de oerknal werden ook de lichte elementen helium, deuterium en lithium gevormd in een proces dat oerknal-nucleosynthese wordt genoemd. Sindsdien is bijna elk ander element gesmeed in processen die verband houden satisfied het leven en de dood van sterren. Maar die sterren waren er niet altijd.

Afbeelding van tandpasta.

Houd je bij het tandenpoetsen rekening satisfied de kosmische oorsprong van je tandpasta?
Pixabay

We weten nog steeds niet precies wanneer de eerste sterren in het heelal zijn ontstoken, maar het gebeurde waarschijnlijk pas ongeveer 100 miljoen jaar na de oerknal. Daarvoor was het universum gevuld satisfied een mist van waterstof, vermengd satisfied de mysterieuze, onzichtbare substantie die astronomen donkere materie noemen. Deze mist was niet happy, maar golfde – op sommige plaatsen iets dichter. Het waren deze regio’s die doorway de zwaartekracht begonnen te krimpen of ‘instorten’ om de eerste sterrenstelsels te vormen. Waar het gas dicht genoeg werd, ontstaken sterren en verlichtten het universum.

De volgende paar miljard jaar was een tijd van snelle groei: de snelheid van stervorming in het heelal nam sterk toe tot het een hoogtepunt bereikte, 8 tot 10 miljard jaar geleden. Sinds die “kosmische middag” is de algehele snelheid van stervorming in het universum afgenomen. Daarom zijn astronomen zo geïnteresseerd in de vroege fasen van de geschiedenis van de kosmos: wat er toen gebeurde, heeft gevormd wat we vandaag om ons heen zien.

Hoewel we vrij veel informatie hebben in excess of hoe de groei van sterrenstelsels “versnelde” in termen van hun stervorming, hebben we relatief weinig inzicht in hun chemische evolutie in de vroegste tijden. Dit is belangrijk omdat, terwijl sterren leven en sterven, de elementen die ze produceren zich doorway een melkwegstelsel en daarbuiten verspreiden. Vele jaren later on kunnen sommige van die elementen nieuwe planeten zoals de onze vormen.

Snelle evolutie

We observeerden een ver sterrenstelsel genaamd NGP-190387 met de Atacama Significant Millimeter/sub-millimeter Array (Alma) – een telescoop die licht detecteert achieved een golflengte van ongeveer één millimeter. Hierdoor kunnen we het licht zien dat wordt uitgestraald doorway koud stof en gas in verre sterrenstelsels. De details brachten iets onverwachts aan het licht: een dip in het licht met een golflengte van precies 1,32 millimeter. Dit komt exact overeen satisfied de golflengte waarop het molecuul waterstoffluoride (HF), bestaande uit een waterstofatoom en een fluoratoom, licht absorbeert (rekening houdend met een verschuiving in golflengte die optreedt als gevolg van de uitdijing van het heelal). Het gebrek aan licht impliceert de aanwezigheid van wolken waterstoffluoridegas in de melkweg. Dit licht heeft er meer dan 12 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken, en we zien het sterrenstelsel zoals het was toen het universum 1,4 miljard jaar oud was.

Dit is opwindend, omdat het informatie geeft above hoe sterrenstelsels voor het eerst werden verrijkt fulfilled chemische elementen kort nadat ze voor het eerst waren gevormd. We kunnen zien dat zelfs in deze vroege tijd NGP-190387 een hoge overvloed aan fluor had. Hoewel we andere elementen in verre sterrenstelsels hebben waargenomen, zoals koolstof, stikstof en zuurstof, is dit de eerste keer dat fluor is gedetecteerd in een stervormend sterrenstelsel op zo’n afstand. Hoe groter de verscheidenheid aan elementen die we in vroege sterrenstelsels kunnen waarnemen, hoe beter we het proces van chemische verrijking op dat second begrijpen.

We weten dat fluor op verschillende manieren kan worden geproduceerd: bijvoorbeeld in sterexplosies die supernova’s worden genoemd en in bepaalde “asymptotische reuzentak” -sterren – rode superreuzen die het einde van hun leven naderen en het grootste deel van de waterstof en helium in hun kernen hebben verbrand en nu gezwollen in grootte.

Modellen van de vorming van elementen in sterren en in supernova’s kunnen ons vertellen hoeveel fluor we van deze bronnen mogen verwachten. En we ontdekten dat de overvloed aan fluor te hoog was in NGP-190387 om te worden verklaard doorway supernova’s en asymptotische reuzentaksterren alleen. Er was een further bron nodig, en dit is waarschijnlijk een ander style ster genaamd Wolf-Rayet. Wolf-Rayet-sterren zijn vrij zeldzaam – er zijn er bijvoorbeeld maar een paar honderd gecatalogiseerd in de Melkweg. Maar ze zijn extreem.

Het Hubble ultradiepe veld

Oude sterrenstelsels gezien doorway de Hubble Space Telescpope.
NASA/ESA

Wolf-Rayet-sterren zijn een fase in de levenscyclus van zeer massieve sterren – achieved meer dan tien keer de massa van onze zon. Het einde van hun korte leven nadert, deze sterren verbranden helium in hun kernen en zijn miljoenen keren helderder dan de zon. Het is ongebruikelijk dat Wolf-Rayet-sterren hun omhulsel van waterstof hebben verloren door krachtige winden, waardoor de heliumkern bloot komt te liggen. Ze zullen uiteindelijk exploderen in dramatische supernova-explosies waarbij de kern instort. Toen we de verwachte hoeveelheid fluor van Wolf-Rayet-sterren aan ons design toevoegden, konden we eindelijk de lichtdip van NGP-190387 verklaren.

Dit draagt ​​bij aan een groeiend aantal bewijzen dat aantoont dat de groei van sterrenstelsels verrassend snel ging in het vroege heelal: een razernij van stervorming en chemische verrijking. Die processen leggen de basis voor het universum dat we vandaag om ons heen zien, en dit werk biedt nieuw inzicht in de gedetailleerde astrofysica die meer dan 12 miljard jaar geleden in het spel was.

Maar misschien is de belangrijkste conclusie dat het laat zien dat het verhaal van je glimlach een verhaal is dat zo oud is als de tijd.

Het gesprek

James Geach ontvangt financiering van The Royal Culture en de Science and Technologies Facilities Council.

Ubergeek Loves Coolblue

Zou je na het lezen van deze artikel een product willen aanschaffen?
Bezoek dan Coolblue en ontdek hun uitgebreide assortiment.