Ученые установили космическое происхождение большинства атомов человека

«Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звезд. Мы сотворены из звездного вещества» — эти слова принадлежат известнейшему американскому астрофизику, популяризатору науки Карлу Сагану.

Утверждение, что человек и все объекты на Земле состоят из космической пыли, избитое, однако недавно ученые смогли количественно доказать его на основе длительных наблюдений за Вселенной.

На прошедшей на днях ежегодной встрече Американского астрономического общества ученые представили новые результаты Слоановского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey, SDSS) — масштабного исследования звезд и галактик. Первая фаза этого обзора началась в 2000 году, каждые новые фазы увеличивают число наблюдений на сотни тысяч. Обзор ведется на специально построенном 2,5-метровом телескопе Apache Point в США.

Известно, что большинство наиболее важных химических элементов, из которых строится жизнь на Земле, рождены в недрах звезд. Учеными был придуман специальный акроним CHNOPS для шести таких элементов — углерода (C), водорода (H), азота (N), кислорода (O), фосфора ( ) и серы (S).

Их различные ковалентные комбинации составляют большую часть всех биологических молекул на Земле.

На основе данных, полученных в результате обзора SDSS, астрономам впервые удалось измерить концентрацию этих элементов в 150 тыс. звезд нашей галактики Млечный Путь.

Как это стало возможным? Конечно, ученые не могут отправиться к звездам, чтобы взять образцы их вещества для исследования. Вместо этого на помощь приходит анализ спектров звезд. Расщепляя свет звезд в спектрографе и анализируя линии отдельных элементов в полученном спектре, ученые могут судить о содержании тех или иных атомов в звездах.

Для столь массового спектрального обзора был использован спектрограф APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), установленный на телескопе Apache Point.

«Впервые мы смогли изучить распределение элементов в нашей галактике, — пояснил Стен Хассельквист, соавтор работы из Университета Нью-Мексико, — эти элементы содержат атомы, которые составляют 97% массы тела человека».

Несмотря на то что 65% массы тела человека приходится на атомы кислорода, во Вселенной на этот элемент приходится лишь 1% массы. Звезды в основном состоят из водорода и намного меньшего количества более тяжелых элементов, которые, однако, прекрасно видны на спектрах звезд. Новый каталог включает данные о содержании двух десятков химических элементов для каждой изученной звезды, в том числе — концентрацию атомов CHNOPS.

Кстати, часть исследованных звезд пересекается со звездами, которые стали целью миссии Kepler, занимающейся поисками экзопланет, в том числе землеподобных, у других звезд.

Новые результаты показали, что во внутренних областях нашей галактики содержится больше тяжелых элементов.

Это связано с тем, что там сосредоточены более старые звезды, успевшие наработать в ходе термоядерных реакций больше тяжелых элементов, чем во внешних частях галактики.

На основе новых данных ученые смогли более точно рассказать, откуда, по современным представлениям, на Земле взялся тот или иной химический элемент:

Основных процессов — шесть:
- нуклеосинтез при Большом взрыве;
- взрывы массивных звезд;
- слияние нейтронных звезд;
- смерть маломассивных звезд;
- ядерные реакции под действием космических лучей;
- взрывы белых карликов.

«Это прекрасная история человеческого любопытства — теперь нам удалось указать на избыток всех важных элементов человеческого тела среди сотен тысяч звезд Млечного Пути, — считает Дженнифер Джонсон из Университета Огайо. — Это позволит наложить ограничения на то, где и когда в нашей галактике появились нужные для возникновения жизни элементы — что-то типа галактической зоны обитаемости».

По словам Джона Берда из Университета Вандербильта, который занимается моделированием Млечного Пути, полученные данные будут полезны для понимания эволюции нашей галактики по мере поступления новых данных и проведения все более точных симуляций.