Det er ikke bare kalsiumet i melken du drikker som kan stamme fra et fjernt stjernesmell.

Forskere tror at det metalliske grunnstoffet har sitt opphav i stjerner. Når stjernene eksploderer i supernovaer, slynges stoffet utover rommet.

Men ifølge tidligere beregninger kan dette bare stå for halvparten av all kalsiumet som er der ute. Hvor kommer resten fra?

Nå kan en ny studie har svaret.

Studien, som er publisert i Astrophysical Journal, kommer etter at 70 forskere verden rundt kastet seg over teleskop, etter at en amatørastronom oppdaget noe underlig.

Oransje åpenbaring

Da Joel Shepherd tittet i teleskopet sitt april 2019, oppdaget han noe rart.

Med blikket rettet mot den fjerne galaksen Messier 100, så han noe oransje som blinket. Han delte raskt sin oppdagelse med andre astronomer.

Ti timer senere var teleskoper verden rundt rettet mot det oransje lyset. Blant annet det massive Swift-teleskopet i bane rundt jordkloden, og Keck-observatoriet på Mauna Kea i Hawaii.

Førstnevnte teleskop speidet etter røntgen- og UV-stråler, stråler usynlig for det blotte øyet. Swift-teleskopet gransket det synlige lyset.

Fem dager senere hadde røntgen-strålene opphørt, og hendelsen fikk det smått usexye navnet SN2019ehk.

Det amatørastronomen hadde oppdaget, var en kalsiumrik supernova.

Stjernestøv

– Vi er primært lagd av stjernestøv, sier Boris Vilhelm Gudiksen til forskning.no.

Han er professor ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo.

Det er identifisert en del forskjellige typer supernova-eksplosjoner, sier Gudiksen, og de kan i bunn og grunn deles i to hovedtyper. Det viser seg nå at begge er skyldige.

Men først, litt bakgrunn.

I alle stjerner moses grunnstoffer sammen. Dette danner nye grunnstoffer, og frigjør energi.

Denne prosessen kalles fusjonering, og er det motsatte av fisjonering, spalting av atomer som eksempelvis finner sted i atomkraftverk. Du kan lese mer om fusjon i denne forskning.no-saken om monteringen av verdens største fusjon-eksperiment.

Energien som frigjøres i fusjoneringen er med på å varme opp stjernens kjerne, og dette forhindrer at kjernen kollapser under vekten av stjernens ytre lag.

Kjerne av jern

Men denne frigjøringen av energi kan bare fortsette til fusjoneringsprosessen lager jern – og prosessen bruker mer energi enn den skaper.

– Hvis en stjerne er tilstrekkelig tung, vil den fortsette å danne tyngre og tyngre grunnstoffer inntil den har produsert jern, sier Gudiksen.

– Deretter er det ikke noe som kan varme opp stjernens sentrum, og den vil deretter kollapse.

Når stjernen kollapser, vil den enten bli til en ny type stjerne – nøytronstjerne – eller et sort hull. Men i prosessen vil de ytterste lagene spres for alle romvinder i en gigantisk eksplosjon.

Dette er den ene typen supernova, og er opphavet til omtrent halvparten av kalsiumet som finnes tror forskerne. Men hvor kommer da resten fra?

Hvite dverger

– Den andre typen skjer når en mindre stjerne ikke kan danne tyngre grunnstoffer, annet enn for eksempel oksygen eller karbon, forklarer Gudiksen.

– De stjernene blir til hvite dverger på et ganske udramatisk vis.

Men om disse stjernene for eksempel har en nabostjerne, kan spennende ting skje. Den nærliggende stjernen kan da begynne å miste sine ytre deler til den hvite dvergstjernen.

Til slutt blir dvergen så tung at kjernen av oksygen eller karbon kollapser.

Eksplosjonen som følger er den andre typen supernova, og det er denne som forskerne tror har skapt resten av kalsiumet som finnes i universet.

Rap

Det forskernes observasjoner nå har vist, er at store mengder kalsium kan dannes når eksplosjonen fra en hvit dvergstjerne smeller inn i stoff som stjernen tidligere har kastet fra seg.

I fusjonsprosessen raper nemlig den ustabile stjernen ut stoffer, som deretter blir rammet av supernova-eksplosjonen.

De peker nå ut disse som en forklaring på misforholdet mellom tidligere observasjoner av stjerner og hvor mye kalsium det er der ute.

– Det har vært et problem at vi utfra modellene av disse eksplosjonene har «altfor mye» kalsium, forklarer Gudiksen.

Dette er fordi tunge stjerner sine supernovaer alene ikke produserer tilstrekkelig med kalsium.

– Problemet er at kalsium er et grunnstoff som fusjoneres ganske raskt i en stjerne, og blir til et tyngre grunnstoff.

Oppdagelsen av denne andre produksjonsmetoden kan dermed være en sentral forklaring på hvor den resterende halvparten av all kalsium stammer fra.

Raskt ute

– Det spesielle ved dette arbeidet er hvor lenge de har kunnet observere supernovaen, og at de begynte å observere så raskt etter den ble oppdaget, sier professoren.

– Det er kritisk å få med så mye av eksplosjonen som mulig i observasjonene for å identifisere den stjernen som eksploderte, ellers kan ikke de som lager modellene forsøke å gjenskape observasjonene med deres modeller.

Vi mennesker består omtrent av 1,5 prosent kalsium, og metallet er veldig viktig for kroppene våre.

Men kan solen som har brakt oss til live, en gang ende sine dager med å slynge kalsium ut i verdensrommet? Ikke om vi skal tro Gudiksen.

– Vår sol vil til slutt bli til en hvit dvergstjerne som primært består av oksygen og karbon. Den vil ikke produsere en supernova-eksplosjon, så den vil ikke levere kalsium tilbake til de kjempestore gass-skyene som nye stjerner dannes av.

Gudiksen påpeker også at vårt solsystem ikke inneholder to stjerner, altså en som kan mate dvergstjernen.

– Det er altså tyngre stjerner enn vår egen sol som er den primære leverandøren av kalsium, sier Gudiksen.

Forskerne bak den nye studien jobber nå med en oppfølgende studie som blant annet ser på hvordan supernovaer utvikler seg etter eksplosjonen.

Referanse:

Wynn V. Jacobson-Galán, m.fl.: SN 2019ehk: A Double-peaked Ca-rich Transient with Luminous X-Ray Emission and Shock-ionized Spectral Features, The American Astronomical Society, 5. august 2020. (Sammendrag)