Ziemia nie była pierwsza. Planety jak nasza rosły tuż po Wielkim Wybuchu

Pierwsze chwile po Wielkim Wybuchu wyglądały zupełnie inaczej niż dzisiejszy Wszechświat. Dominowały w nim przede wszystkim wodór i hel, a cięższe pierwiastki, takie jak węgiel, tlen czy żelazo, nie występowały. To istotny problem z punktu widzenia powstawania planet.

Skaliste światy nie mogą bowiem zostać zbudowane wyłącznie z wodoru i helu. Potrzebują pierwiastków cięższych, które tworzą minerały, skały i metale. Materiał ten musiał najpierw zostać wyprodukowany we wnętrzach gwiazd, a następnie trafić z powrotem do przestrzeni międzygwiazdowej.

Pierwsze gwiazdy odegrały w tym procesie kluczową rolę. Były prawdopodobnie znacznie masywniejsze od Słońca i żyły krótko, kończąc swoje istnienie w potężnych eksplozjach. To właśnie supernowe pierwszej generacji (gwiazdy Populacji III) mogły po raz pierwszy wzbogacić otaczającą przestrzeń w pierwiastki niezbędne do budowy planet.

Wyniki tych zaskakujących badań opublikowano w The Astrophysical Letters Journal, a autorami są naukowcy Uniwersytetu w Portsmouth.

Szczególnie interesujące są tak zwane supernowe powstałe z niestabilności kreacji par, czyli pair-instability supernovae. To niezwykle energetyczne eksplozje związane z końcem życia bardzo masywnych gwiazd.

Podczas takiego wybuchu w przestrzeń mogła zostać wyrzucona ogromna ilość ciężkich pierwiastków. Według przedstawionych badań mowa może być o ilości przekraczającej stukrotność masy Słońca. Materiał pochodzący z takiej eksplozji mieszał się następnie z otaczającym gazem.

To właśnie ten moment jest kluczowy dla historii planet. Wzbogacony w ciężkie pierwiastki gaz mógł zostać ponownie ściągnięty przez grawitację. W efekcie wokół młodych gwiazd powstawały dyski materii, przypominające pod pewnymi względami dysk, z którego miliardy lat później narodził się Układ Słoneczny.

Naukowcy z Uniwersytetu w Portsmouth przeprowadzili serię symulacji, aby sprawdzić, co mogło wydarzyć się z materią pochodzącą z pierwszych supernowych.

W jednym z analizowanych przypadków wokół młodej gwiazdy powstał dysk, którego centralny obiekt miał około 70 proc. masy Słońca. W obrębie tego dysku znalazła się wystarczająca ilość materiału stałego, aby potencjalnie utworzyć kilka mas Ziemi w postaci planetarnych zalążków.

Odpowiednia ilość materii znajdowała się mniej więcej w tej części dysku, która odpowiada odległości Ziemi od Słońca.

Naukowcy nie twierdzą, że 100 mln lat po Wielkim Wybuchu na pewno istniały już planety podobne do naszej. Wyniki wskazują natomiast, że kosmiczne środowisko mogło być wtedy wystarczająco bogate w odpowiedni materiał, aby proces ich powstawania mógł się rozpocząć.

Jeszcze ciekawszy jest drugi element tych symulacji. W dysku wokół młodej gwiazdy znajdowała się również znaczna ilość wody.

Jej zasoby były tylko kilka razy mniejsze niż ilość wody dostępna w materiale, z którego później powstał Układ Słoneczny. Woda jest jednym z kluczowych składników, które kojarzymy z możliwością występowania warunków sprzyjających życiu.

Jeżeli wyniki symulacji dobrze opisują warunki panujące we wczesnym Wszechświecie, historia planet może wyglądać inaczej, niż dotychczas zakładano.

Przez długi czas przyjmowano, że potrzeba było bardzo wielu pokoleń gwiazd, aby przestrzeń kosmiczna została odpowiednio wzbogacona w ciężkie pierwiastki. Dopiero wtedy miały pojawić się warunki sprzyjające powstawaniu planet skalistych.

Nowe badania sugerują, że proces ten mógł zostać uruchomiony już przez pierwsze generacje gwiazd. Ich eksplozje mogły w stosunkowo krótkim czasie dostarczyć materiału, który później wykorzystały kolejne gwiazdy i ich dyski protoplanetarne.

Oznaczałoby to również, że planeta podobna do Ziemi nie musiała być czymś charakterystycznym wyłącznie dla późnej epoki Wszechświata. Jej odpowiedniki mogły pojawić się znacznie wcześniej.

To właśnie tutaj pojawia się najbardziej interesujące pytanie. Skoro skaliste planety mogły zacząć powstawać zaledwie około 100 mln lat po Wielkim Wybuchu, to teoretycznie również potencjalnie nadające się do zamieszkania środowiska mogły pojawić się bardzo wcześnie.

Na tym etapie nie ma jednak podstaw, aby mówić o istnieniu życia. Symulacje pokazują możliwość powstawania planetarnych składników i obecność wody, ale między tymi warunkami a pojawieniem się organizmów żywych znajduje się ogromna liczba niewiadomych.

Naukowcy chcą przede wszystkim ustalić, jak często takie środowiska rzeczywiście powstawały oraz czy pierwsze planety mogły przetrwać ekstremalne warunki panujące w młodym Wszechświecie. Potrzebne będą również kolejne modele, które pozwolą prześledzić dalszą ewolucję tych układów.

Badanie prowadzone przez zespół z University of Portsmouth pokazuje przede wszystkim, że historia planet może zaczynać się dużo wcześniej, niż sugerowały dotychczasowe scenariusze. Zaledwie 100 mln lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat mógł już dysponować nie tylko ciężkimi pierwiastkami, ale także wodą i dyskami zawierającymi wystarczającą ilość stałego materiału do rozpoczęcia budowy skalistych światów.

Jeżeli przyszłe obserwacje potwierdzą te przewidywania, astronomowie będą musieli inaczej spojrzeć na pierwsze rozdziały historii planet. Zamiast Wszechświata, który przez miliardy lat dopiero przygotowywał się do narodzin planet, możemy mieć do czynienia z kosmosem, w którym pierwsze skaliste światy zaczęły powstawać niemal zaraz po pojawieniu się pierwszych gwiazd.

Główna ilustracja stworzona przez AI.