A Naprendszerünk keletkezéséről szóló általános elmélet a következőképpen fest: 4,6 milliárd évvel ezelőtt egy hatalmas porfelhő lebegett mozdulatlanul az űrben, majd egy közeli csillag robbanása miatt egy része összeomlott. A gravitáció hatására a por a középpont felé húzódott, és körülbelül 1,4 millió kilométer átmérőjű, sugárzó hidrogén- és héliumgömböt alkotott – ez lett később a Nap. A fennmaradó részből, amely pályára állt a születő csillag körül, később kialakultak a Naprendszer bolygói, valamint rengeteg aszteroida és más égitest.

Ahhoz, hogy ellenőrizzék ennek a történetnek a valóságosságát, a kutatóknak vissza kell tekinteniük az időben a Naprendszer első pillanataiig és azon túlra. Nan Liu kozmokémikusnak van is erre egy módszere: a Bostoni Egyetem Asztrofizikai Kutatóintézetében található íróasztalán lévő széfben őriz egy meteoritdarabot, amely a Napnál is régebbi anyagok nyomait hordozza.

– mondja Liu, a mintát kezében forgatva, egy fényes, sötét követ, amely méretében és alakjában is egy nyílhegyre hasonlít.

Az ehhez hasonló meteoritok a porfelhő összeomlásának idején alakultak ki. Ez az összeomlás és a Nap kialakulása a meteoritban található kémiai információk nagy részét megsemmisítette, mivel megolvasztotta az anyagot, de benne néhány, baktériumnál is kisebb kristály sértetlenül megmaradt. Ezek a kristályok, amelyeket preszoláris szemcséknek neveznek, messze a legrégebbi anyagok, amelyekhez a Földön hozzáférhetünk.

Az elmúlt évtizedben a szakértők a Liuéhoz hasonló meteoritokat használtak arra, hogy feltárják a Naprendszer kialakulásának történetét, és megkérdőjelezzék az uralkodó teóriát. Az új adatok szerint a szupernóva robbanása helyett a Naprendszer és minden, ami benne van, egy valamivel nyugodtabbnak tűnő kozmikus forgatókönyvnek köszönheti létét: a kritikus szakértők szerint a Naprendszerünk egy hatalmas csillagról lefújt anyagból állt össze. A preszoláris szemcsékre vonatkozó új kutatások segítségével meg lehet állapítani, hogy ez az új elmélet helytálló-e.

A nevezetes bumm

A szakértők akkor tettek szert az első nyomokra a Naprendszer kialakulásával kapcsolatban, amikor 1969-ben egy tűzgolyó jelent meg Mexikó felett. A mára híressé vált Allende-meteorit törmeléke több mint 500 négyzetkilométeren szóródott szét. 1976-ban a kutatók arról számoltak be, hogy az Allendéből származó minták meglepetést tartogattak: váratlanul nagy mennyiségű magnézium-26 nevű stabil izotópot tartalmaztak.

Az alumínium-26-ról azonban nem volt ismert, hogy a csillagközi közeg – azaz a csillagok közötti poros tér – megszokott alkotóeleme lenne, mivel a közönséges csillagok nem állítják elő. „A legtöbb izotóp, amelyet a korai Naprendszerben azonosítottunk, a galaktikus kémiai evolúció természetes terméke. A legfontosabb kivétel az alumínium-26” – mondja Maria Lugaro, a Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet asztrofizikusa.

Akkor viszont ez honnan származhat? 1977-ben két neves asztrofizikus azt javasolta, hogy a ritka alumínium valószínűleg egy közeli szupernóva-robbanásból érkezhetett. Más jelenségek során is keletkezhet alumínium-26, de a szupernóva lökéshulláma egyúttal a felhő összeomlását is okozhatta. Így a csillagászok egyetlen esemény segítségével tudták megmagyarázni, hogyan eshetett meg gyakorlatilag ugyanabban a pillanatban két ritka jelenség – az alumínium-26 megjelenése és a Naprendszer kialakulása.

A szupernóva-robbanás, mint kiváltó ok évtizedekig a legkedveltebb forgatókönyv maradt, amelyet részletes asztrofizikai modellek, valamint a magnézium-26 dúsulásával kapcsolatos további mérések is támogattak más érintetlen meteoritokban. Az elmúlt évtizedben azonban ez a nézet egyre inkább szembekerült más mérésekkel, amelyek kapcsán hiányzik az összhang. A fő probléma nevezetesen az, hogy a Naprendszerben hiány van a vasból.

Kétségek és kristályok

A szupernóvák ugyanis nem csak alumíniumot hoznak létre. Bármely közeli szupernóva valószínűleg egyúttal nagy mennyiségű radioaktív vas-60 izotópot is juttatott volna a rendszerbe. Ezért, ha egy szupernóva indította el a Naprendszer kialakulását, meglehetősen magas kezdeti vas-60 mennyiségeket kellene látni a korán kialakult objektumokban, mondja Linru Fang, a Koppenhágai Egyetem kozmokémikusa.

Egyes tanulmányokban arról számoltak be, hogy a meteoritmintákban elegendő vas-60-at találtak a szupernóva-elmélet alátámasztására. De nem minden szakértő ért egyet ezekkel az eredményekkel, sőt:

A tavalyi év elején egy kutatócsoport elvégezte az eddigi legpontosabb becslést a vas-60 Naprendszer korai szakaszában jellemző mennyiségéről: Fang és kollégái alacsony vas-60-szintekről számoltak be egy olyan bolygócsíra kapcsán, amely közvetlenül a felhő összeomlása után alakult ki. Ez az eredmény pedig nem fér össze a szupernóva-forgatókönyvvel, mondja Fang.

A régi elméletet támogatók persze igyekeztek megmagyarázni a vas hiányát. Például azzal, hogy az alumínium kilökődhetett a szupernóvából, míg a vas – amely a csillag magjának mélyebb rétegeiből származik – visszahullhatott a halott csillagba. Vagy a robbanás egy furcsa szupernóvából származhatott, amely egyáltalán nem termelt vas-60-at. Az is lehet, mondták, hogy a vas-60 nem oszlott el egyenletesen a felhőben, ami azt jelentheti, hogy az egy-egy meteoritból származó mérések nem adnak teljes képet a helyzetről. Ezeket a magyarázatokat azonban egyre több kétség övezi.

Burokban született

De ha a Naprendszer története nem egy szupernóva robbanásával kezdődött, akkor honnan származik az alumínium? Számos kutató jelenleg azt a lehetőséget tartja a legvalószínűbbnek, hogy az alumínium-26-ot egy Wolf–Rayet-csillag szelei hozták ide. A Naphoz képest a Wolf–Rayet-csillagok élettartama sokkal rövidebb, méretük tucatszor nagyobb, fényességük pedig ezerszerese csillagunkénak. Egy csillag akkor válik Wolf–Rayet-csillaggá, amikor külső hidrogénhéja eltűnik, akár egy másik csillag gravitációs vonzása, akár a saját csillagszeleinek ereje miatt.

A Wolf–Rayet-csillag kitett magja ezt követően akár 3000 kilométer/másodperces sebességű szeleket is kibocsáthat. „Alapvetően úgy söpri el a környező anyagot, mint egy hóeltakarító” – mondja Vikram Dwarkadas, a Chicagói Egyetem csillagásza.

A héj így bőven elegendő anyagot tartalmaz egy naprendszer felépítéséhez. Ráadásul sok alumínium-26 van benne, és – ami döntő fontosságú – nagyon kevés vas-60. A csillagászok már meg is figyelték, hogy a Wolf–Rayet-csillagok héjában Naphoz hasonló csillagok alakulnak ki, mondja Dwarkadas. A kutató becslése szerint galaxisunkban az összes ilyen méretű csillag akár 16%-a is így alakulhatott ki. Vagyis ha Naprendszer is így jött létre, az nem lenne egyedülálló eset.

Dwarkadas és kollégái az eddigi talán legteljesebb modellt dolgozták arra vonatkozóan, hogy egy Wolf–Rayet-csillag napszele hogyan juttathatta az alumínium-26-ot a formálódó Naprendszerbe. Ezt követően a csupán néhány millió éves élettartamú, hatalmas csillag nagy valószínűséggel fekete lyukká omlott össze, bár ennek bizonyítékai már rég eltűntek, mondja a szakértő.

A Wolf–Rayet-elméletnek is vannak persze problémái, mondja Lugaro. Például hogy egy ilyen csillag olyan kaotikus környezetet hoz létre, amelynek elvileg szét kellett volna  tépnie az újonnan kialakult Naprendszert. Lugaro ennek ellenére az új teória felé hajlik. A magfizika szempontjából ennek van a legtöbb értelme, mondja. Hozzátette azonban azt is, hogy nem kizárható, hogy ha újabb információkra derül fény, jövő héten már másképp gondolja majd. „Ez egy olyan probléma, amelyet többféle oldalról kell megvizsgálni” – magyarázza a kutató.

Horgászni mentünk

És hogy honnan jöhetnek az új adatok? Liu és társai Bostonban egy olyan nanoszondával dolgoznak, amely képes az apró anyagdarabok kémiai összetételét mérni. Ezt arra használják, hogy savban oldott meteoritdarabokat vizsgáljanak, olyan szemcséket keresve, amelyek kémiai összetételük alapján egy Wolf–Rayet-csillagból származhatnak.

Az aranyfólia felületén szétszórt meteoritdarabok vizsgálata olyan, mint horgászni, mondja Liu. Ha sikerül elegendő számú olyan szemcsét találni, amelyek kémiai összetételük alapján egy Wolf–Rayet-csillagból származhatnak, a következő lépés az lehet, hogy megmérik, ezek mutatják-e jeleit az alumínium-26-tal való dúsulásnak. Ez a kémiai információ felhasználható lenne a Naprendszer kialakulására vonatkozó Wolf–Rayet-forgatókönyv asztrofizikai modelljének alátámasztására.

Az ilyen szemcsék jelenléte sem lenne azonban egyértelmű bizonyíték az új elmélet mellett. Az alumíniummal dúsított por ugyanis sokkal régebbi csillagokból is származhatott, jóval a Naprendszer kialakulása előttről. A kérdéses szemcsék hiánya ellenben arra utalna, hogy a Wolf–Rayet-elmélet téves.

„Ha belegondolunk, hogy ezek a radioaktív izotópok – ezek a kőzetképző és életképző elemek –, hogyan keletkeznek a csillagokban, rájövünk, hogy nem is olyan könnyű a megfelelő mennyiség létrejöttét megmagyarázni. A megfelelő időben és helyen kellett kialakulniuk” – mondja Liu.