Edad de la Tierra y la estrella que precedió al Sol

Querido Humilde, la nucleosíntesis cósmica (primeros tres minutos) solo produjo hidrógeno, helio, litio y berilio. Todos los elementos más pesados ​​provienen de la fusión lenta dentro de las estrellas vivas y, especialmente los más pesados, se originan en estrellas moribundas.

Los procesos regulares relacionados con la fusión dentro de las estrellas (consulte la lista al final de la respuesta) solo producen elementos de hasta$Z=70$más o menos: incluí la tabla periódica para su conveniencia. Los elementos aún más pesados, especialmente el oro y el uranio, fueron producidos por tres procesos adicionales

• s-proceso
• proceso r
• proceso rp

El proceso s depende de la existencia de elementos en el grupo del hierro. Se puede absorber un neutrón adicional (probablemente proveniente de reacciones dentro de las gigantes rojas), aumentando$A$por uno, y si se produce un elemento inestable de esta manera, un neutrón en el núcleo se desintegra en beta emitiendo un electrón. Se pueden absorber neutrones adicionales y el proceso puede continuar. Los núcleos en el "valle de la estabilidad beta" se pueden producir de esta manera. "S" significa "lento".

Por el contrario, el proceso r es "rápido". Los neutrones se absorben de manera similar pero en los núcleos de las supernovas. El núcleo de la semilla suele ser Ni-56. El proceso rp, que puede ocurrir en las estrellas de neutrones y en otros lugares, también es rápido, "r", pero la partícula que se absorbe es un protón, por lo tanto, "p" en "rp". Lógicamente, a diferencia de los dos anteriores, produce núcleos en el "lado rico en protones" del valle estable.

El uranio que observamos en la Tierra probablemente proviene de todos estos procesos, y de muchas estrellas; podría decirse que no existe "la estrella" que precedió al Sol. En particular, nuestra Tierra no ha orbitado ninguna otra estrella antes que el Sol porque es tan antigua como el Sol, al menos eso es lo que se cree. El hidrógeno utilizado por nuestro Sol no pudo haber sido "reciclado" y comenzó a quemarse poco después del colapso suficiente; no pudo haber sido reciclado de ningún otro lugar. Los elementos más pesados ​​fueron reciclados de muchos lugares. Probablemente no había una "región permanente" que heredara la marca "Sistema Solar". Estos temas fueron discutidos ayer:

¿Cuántas veces se ha reciclado la materia del Sol? ¿Cuántas veces se han reciclado las "cosas" de nuestro sistema solar de estrellas anteriores?

Permítanme mencionar que no es un problema que el material pesado se extienda a lo largo de grandes distancias del Cosmos. Por ejemplo, una supernova en explosión dispara la mayor parte o toda la materia a una velocidad del 1% de la velocidad de la luz. Entonces, en 400 años, el material del Sol, si se convirtió en supernova (no lo hará), llega a Proxima Centauri y en menos de 100 millones de años, puede llegar a casi cualquier punto de la Vía Láctea. Incluso el Sistema Solar se mueve a una velocidad del 0,1% de la velocidad de la luz, que es suficiente para mover la materia años luz en miles de años. Es una tontería imaginar que el material tuvo que esperar en el mismo lugar de una "estrella ancestro", siendo guardado para algunos humanos en alguna Tierra.

Puede ser útil enumerar todos los procesos de la nucleosíntesis estelar, no solo los relacionados con el uranio:

Cadena pp / Ciclo CNO / Proceso α / Triple-α / Quema de carbono / Quema de Ne / Quema de O / Quema de Si / Proceso R / Proceso S / Proceso P / Proceso Rp

Existe un consenso de que varias supernovas son la fuente de los elementos pesados ​​en nuestro sistema solar. Podemos estimar aproximadamente cuánto tiempo hace que se crearon los elementos pesados ​​observando las proporciones de isótopos de los núcleos radiactivos con largos tiempos de desintegración ("cosmoscronología nuclear"). Aquí están los datos:

• $^{235}$tu y$^{238}$Tienes vidas medias de$7.0 \times 10^8$años y$4.5 \times 10^9$años respectivamente;
• modelos detallados de supernovas sugieren que la producción inicial de$^{235}$U núcleos fue de aprox. 1,3 veces la de$^{238}$núcleos U.
• los$^{235}$tu/$^{238}$La relación U es actualmente de aproximadamente 0,007.

con estos ingredientes se encuentra una edad de$6.5 \times 10^9$años para 'nuestra' supernova, en comparación con la edad del sistema solar,$4.57 \times 10^9$años. El cálculo está en 'Gravity from ground up' de Bernard Schutz, véase también http://world-nuclear.org/info/inf78.html . Sin embargo, la proporción de isótopos$^{232}$el /$^{238}$U da una edad algo mayor,$\approx 7.5 \times 10^9$años. El entendimiento actual es que hubo un pico inicial en la actividad, seguido de más eventos (ver referencias en JA Peacock, Cosmological Physics).

Realmente no podemos decir mucho sobre la época presolar observando el uranio en la Tierra. El uranio es producido por el proceso r en las supernovas. Las proporciones isotópicas de U en la Tierra nos dicen que esto se produjo en un tiempo medio ponderado de hace unos 7 mil millones de años. Sin embargo, dado que la mezcla en el ISM es altamente eficiente, las supernovas explotan aproximadamente una vez cada 50-100 años en nuestra galaxia, pero la tasa probablemente fue mayor en la galaxia primitiva hace unos 10 mil millones de años, y no estamos seguros. donde nació el Sol, es bastante difícil invertir este único número para decirnos mucho sobre las estrellas que formaron la nebulosa protosolar.

Sin embargo, se sabe mucho más al observar materiales más "prístinos" del sistema solar primitivo.

El Sol se formó en un medio interestelar que contiene contribuciones de muchas fuentes diferentes y muchas estrellas diferentes. Sabemos esto por el estudio de los granos presolares y los productos de desintegración de los radionúclidos de vida corta que se encuentran en los meteoritos. Los granos condensados ​​de materiales refractarios como el diamante o el carburo de silicio se encuentran dentro de los meteoritos y, debido a que se incorporaron a los cuerpos de los meteoritos, sabemos que estaban en la nebulosa del protosol, ya que los meteoritos se encontraban entre los primeros cuerpos sólidos formados en la nebulosa solar. . Se cree que se han condensado en la eyección de enfriamiento de las supernovas y en los densos vientos de las estrellas AGB.

La composición de estos granos ha sido examinada con exquisito detalle. La relación isotópica de elementos como Al, Ca, titanio, oxígeno, silicio y gases nobles combinados con nuestros modelos de nucleosíntesis estelar permiten algún tipo de estimación de la mezcla de materiales que terminaron en la nebulosa solar. La datación por radioisótopos utilizando iridio y xenón reveló que muchos granos son mucho más antiguos que el Sol. Se ha explicado que el descubrimiento de productos de radionucleidos de vida corta como 26Al y 60Fe en meteoritos surgió de una supernova que explotó muy cerca del protosol en formación. Aunque existe controversia sobre cuántos de estos radioisótopos de vida corta podrían haber sido producidos por la irradiación del Sol primitivo.

Hay demasiados detalles para discutir en una respuesta SE y es un campo muy maduro; y no soy un experto. Clayton (2010) ofrece una revisión razonable de las técnicas . El consenso parece ser que la materia de la nebulosa solar proviene de muchas fuentes, ciertamente no solo de una o incluso de unas pocas estrellas, aunque existe la posibilidad de que una supernova relativamente cercana haya inyectado isótopos radiactivos de vida corta en la nebulosa solar al igual que se estaban formando los primeros sólidos.

Más o menos al azar, elegí una figura de un artículo de Zinner y otros. (2005) de Lunar and Planetary Science que ilustra el tipo de estudio que se puede hacer con las distribuciones de abundancia isotópica de muchos granos presolares. Compara la distribución de proporciones isotópicas con las predicciones de los cálculos de evolución estelar y saca conclusiones.

Obviamente, tenemos una mezcla de múltiples fuentes, estrellas moribundas que arrojan elementos pesados ​​al medio interestelar, que durante miles de millones de años se mezcla parcialmente de forma turbulenta. Vi un documento hace unos años que argumentaba que incluso los cuerpos pequeños (asteroides) de solo unos pocos kilómetros de diámetro se derritieron. La implicación es que debe haber suficiente Aluminio-27 (el principal producto de desintegración radiactiva de la supernova) para proporcionar suficiente calor interno para derretirlos, y eso implica que estos cuerpos se formaron unos cientos de miles de años después de la explosión de SN. No sé si ese artículo ha resistido la prueba del tiempo, pero podría haber algunas propiedades de los objetos en el sistema solar que creemos que no han cambiado desde el principio, que nos darán mejor información sobre la nebulosa protosolar.

La tierra es más problemática, ya que se ha derretido/diferenciado (el hierro-níquel se hundió hasta el núcleo, etc.) y ha sido destruida por numerosas colisiones con otros cuerpos, por lo que probablemente se haya perdido información interesante sobre isótopos de vida más corta. La supuesta colisión con un objeto del tamaño de Marte que forma la luna, claramente habría reorganizado sustancialmente las cosas.

En mi opinión, antes de que existiera nuestro sol, había una enorme nube de gas que acumulaba todas las estrellas del grupo local, y una de las dos estrellas más grandes y de vida más corta explotó creando los dos períodos de los primeros bombardeos en la tierra primitiva, estos asteroides y meteoritos transportados con ellos agua de los planetas que se crearon alrededor de las estrellas supernova antes de que explotaran y también materiales de vida, no me sorprendería si Próxima Centauri también hubiera recibido algunos de estos asteroides cometas con mucha agua. Por lo tanto, si hay planetas pequeños como la Tierra, también podrían tener océanos.

Entonces, nunca se sabe, otra posibilidad es que un protoplaneta que se estrelló contra la Tierra primitiva podría haber tenido océanos y tal vez muchas bacterias / formas de vida con ADN, y cuando las condiciones se volvieron correctas para que la vida evolucionara, echó raíces en la Tierra primitiva y más tarde. en florecido.

Otra especulación es que tanto Mercurio como Marte tuvieron colisiones con protoplanetas que podrían haber causado los 'fuertes bombardeos' y Marte antes de que muriera podría y probablemente tenía agua, ¿tenía Marte formas de vida con ADN que aún no sabemos? , pero si lo hizo, entonces ese ADN debe haber venido de alguna parte.

Me parece que sembrar planetas con ADN para que evolucione la vida podría ser un lugar común si el objeto entregado como la Tierra tuviera la combinación adecuada de hábitat para que el ADN evolucione en empresas de vida.

Por lo tanto, podemos esperar encontrar más planetas en un futuro cercano con la combinación adecuada de entornos para que evolucione la vida del ADN.

Al igual que las abejas que siembran flores, los asteroides, los cometas y las supernovas siembran vida en otros sistemas solares y planetas, por lo que es sobrio pensar que estamos solos, ya que el proceso que sucedió aquí para que existiera la vida debe haber comenzado en algún lugar antes de que llegara a la tierra.

Esa es solo mi forma divertida de pensar sobre la nube de gas en la que estábamos con nuestro grupo local de estrellas y cómo evolucionó la vida en este planeta.