Σουπερνόβα ο δημιουργός του ηλιακού μας συστήματος; Low-mass supernova may have triggered formation of our solar system

Πιθανώς η ύπαρξη μας και η ύπαρξη ολόκληρου του ηλιακού συστήματος να οφείλεται σε μια έκρηξη σουπερνόβα. A research team has used new models and evidence from meteorites to propose that a low-mass supernova triggered the formation of our solar system. About 4.6 billion years ago, a cloud of gas and dust that eventually formed our solar system was disturbed. The ensuing gravitational collapse formed the proto-Sun with a surrounding disc where the planets were born. That cloud might be similar to some region in this much larger complex of gas and dust about 4,500 light-years away in the constellation Cygnus observed by NASA's Spitzer Telescope. Credit: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA

Διεθνής ομάδα ερευνητών διατύπωσε μια ενδιαφέρουσα θεωρία για τη δημιουργία του ηλιακού μας συστήματος. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία η γέννηση του Ήλιου και των πλανητών είναι προϊόντα της επίδρασης που είχε στην περιοχή μας ένα σουπερνόβα, μια αστρική έκρηξη.

Η δημιουργία

A mosaic image of the Crab Nebula — a six-light-year-wide expanding remnant of a star's supernova explosion — captured by the Hubble Space Telescope. Photo: NASA, ESA/ J. Hester (Arizona State University)

Τυχαίες μεταβολές στην πυκνότητα νεφελωμάτων αερίων και σκόνης δημιουργούν συμπυκνώσεις ύλης. Οι συμπυκνώσεις αυτές αναπτύσσονται σιγά σιγά και τελικά αρχίζουν να συμπιέζονται κάτω από την ίδια τους τη βαρύτητα. Δημιουργούνται σφαιρίδια (globules), δηλαδή μικρά, πυκνά, σφαιρικά και σκοτεινά νέφη που είναι τα πρώτα στάδια των πρωτοαστέρων.

Στην περιοχή που βρίσκεται τώρα το ηλιακό μας σύστημα βρισκόταν ένα νεφέλωμα αερίων και σκόνης. Πριν από περίπου 4.6 δισ. έτη κάτι «πείραξε» το νεφέλωμα, προκαλώντας το φαινόμενο της συμπύκνωσης ύλης από το οποίο προέκυψε ο πρωτοαστέρας (που εξελίχθηκε στον Ήλιο) γύρω από τον οποίο σχηματίστηκε ο δίσκος ύλης από τον οποίο προέκυψαν οι πλανήτες και τελικά το ηλιακό μας σύστημα.

Κοσμικό CSI

At 4.6 billion years old, the Solar System is our solid, secure home in the Universe. But how did it come to be? In this episode we trace the system's birth from a thin cloud of dust and gas. Shocked by a nearby supernova, the pull of gravity and natural rotation spun it into a flat disc from which the Sun and planets coalesced. It all happened in the space of 700 million years, during which the planets jockeyed for position, dodging the brutal bombardment of deadly asteroids and setting into the neat, stable system that we now realize might be a rarity in the universe.

Οι μετεωρίτες θεωρούνται μέρος των δομικών υλικών του ηλιακού μας συστήματος και είναι υλικά τα οποία δεν κατάφεραν να ενσωματωθούν σε κάποιο διαστημικό σώμα (πλανήτη, δορυφόρο κλπ). Οι ερευνητές μελέτησαν συνέκριναν τα ίχνη από πυρήνες στοιχείων που υπήρχαν σε αφθονία όταν το ηλιακό μας σύστημα βρισκόταν σε βρεφική ηλικία (π.χ. πυρήνες βηρυλλίου) με αντίστοιχα στοιχεία από μετεωρίτες.

Επικεφαλής της ομάδας ήταν ο Γιονγκ Ζονγκ Κιαν της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Μινεσότα που θεωρείται αυθεντία στο τι συμβαίνει μετά από μια έκρηξη σουπερνόβα και τι χημικά στοιχεία δημιουργούνται από αυτή. Αφού μελέτησαν δεδομένα από μετεωρίτες οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι επίμαχοι πυρήνες από το βρεφικό ηλιακό σύστημα προέρχονταν από σουπερνόβα.

Οι ερευνητές σχεδίασαν στη συνέχεια μοντέλα και προσομοιώσεις που δείχνουν ότι αυτό που… πείραξε το νεφέλωμα που βρισκόταν στην περιοχή μας ήταν ένα σουπερνόβα. «Πρόκειται για τις ιατροδικαστικές αποδείξεις που χρειαζόμαστε για να εξηγήσουμε το πώς δημιουργήθηκε το ηλιακό μας σύστημα» αναφέρει ο Κιαν. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το άστρο που εξερράγη είχε μάζα 12 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου κάτι που αν ισχύει είναι επίσης πολύ ενδιαφέρον αφού πρόκειται για την μικρότερη σε μέγεθος κατηγορία άστρων που αυτοκαταστρέφονται σε εκρήξεις σουπερνόβα. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Communications».

Πηγή: Projjwal Banerjee, Yong-Zhong Qian, Alexander Heger, W C Haxton. Evidence from stable isotopes and 10Be for solar system formation triggered by a low-mass supernova. Nature Communications, 2016; 7: 13639 DOI: 10.1038/ncomms13639

Βουτιά στους δακτυλίους του Κρόνου. NASA Saturn Mission Prepares for 'Ring-Grazing Orbits'

Το Cassini σε λίγα 24ωρα θα... βουτήξει κυριολεκτικά στους εντυπωσιακούς δακτυλίους του Κρόνου. Cassini will soon begin a series of 20 orbits that fly high above and below Saturn's poles, plunging just past the outer edge of the main rings. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Το ρομποτικό διαστημικό σκάφος «Κασίνι» (Cassini) θα ξεκινήσει στις 30 Νοεμβρίου μια σειρά από διαδοχικές προσεγγίσεις σχεδόν ξυστά στους εξωτερικούς δακτυλίους του Κρόνου.

Eίκοσι βουτιές (οι τροχιές με καφέ χρώμα), μία κάθε επτά μέρες, στον δακτύλιο F ξεκινάει το διαστημικό σκάφος Cassini, από τα τέλη Νοεμβρίου μέχρι στις 22 Απριλίου. Cassini crosses Saturn's F ring once on each of its 20 Ring-Grazing Orbits, shown here in tan and lasting from late November 2016 to April 2017. Blue represents the extended solstice mission orbits, which precede the ring-grazing phase. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Οι συνολικά 20 «βουτιές-θρίλερ» -μία κάθε επτά μέρες- θα διαρκέσουν έως τις 22 Απριλίου. Το σκάφος θα εισέλθει σε «αχαρτογράφητα νερά», καθώς καμία άλλη ανθρώπινη συσκευή δεν έχει πλησιάσει ποτέ τόσο πολύ στους θεαματικούς δακτυλίους του γιγάντιου αέριου πλανήτη με τους πολλούς δορυφόρους.

Τα δείγματα

Saturn's rings were named alphabetically in the order they were discovered. The narrow F ring marks the outer boundary of the main ring system. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Τα όργανα του Cassini θα συλλέξουν δείγματα σωματιδίων και αερίων από τους δακτυλίους. Το σκάφος θα παρατηρήσει -από απόσταση 7.800 χιλιομέτρων- κυρίως τον δακτύλιο F, πλάτους περίπου 800 χιλιομέτρων, που είναι πιο στενός σε σχέση με τους υπόλοιπους.

Παράλληλα, το σκάφος θα μελετήσει τα πολλά μικρά φεγγάρια με τα αρχαιοελληνικά ονόματα (Πανδώρα, Άτλας, Παν, Δάφνις), που βρίσκονται σε τροχιά μέσα ή κοντά στους δακτυλίους. Όλο αυτό το διάστημα, το Cassini θα παραμείνει περίπου 90.000 χιλιόμετρα πάνω από το ανώτερο στρώμα των νεφών του πλανήτη.

Now in its final year of operations, on Nov. 30, 2016, NASA’s Cassini mission will begin a daring set of ring-grazing orbits, skimming past the outside edge of Saturn's main rings. Cassini will fly closer to Saturn’s rings than it has since its 2004 arrival. It will begin the closest study of the rings and offer unprecedented views of moons that orbit near them. Even more dramatic orbits ahead will bring Cassini closer to Saturn than any spacecraft has dared to go before. Credit: NASA / Jet Propulsion Laboratory - Caltech

Το Cassini, μια κοινή αποστολή της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA) και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), εκτοξεύθηκε το 1997 και έφθασε στο σύστημα του Κρόνου το 2004. Στη διάρκεια των 12 ετών που έχει μείνει στη «γειτονιά» του πλανήτη, έστειλε μια διαστημοσυσκευή στο μεγάλο δορυφόρο Τιτάνα, όπου ανακάλυψε θάλασσες μεθανίου και άλλων υδρογονανθράκων. Επίσης εντόπισε ένα υπόγειο ωκεανό κάτω από την επιφάνεια του δορυφόρου Εγκέλαδου, ενώ ανακάλυψε και αρκετά άγνωστα μικρότερα φεγγάρια του Κρόνου.

Πηγή: NASA

Στη Φθινοπωρινή Σαμοθράκη. At Autumn Samothrace

Φωτογραφίες: © Κωνσταντίνος Βακουφτσής

Ερευνητές «ζωντάνεψαν» το πυρίτιο! Bringing Silicon to Life

Δημιούργησαν πρωτεΐνη που δημιουργεί μόνη της τους δεσμούς άνθρακα-πυριτίου. A new study is the first to show that living organisms can be persuaded to make silicon-carbon bonds--something only chemists had done before. Scientists have "bred" a bacterial protein to have the ability to make the human-made bonds--a finding that has applications in several industries.

Για πρώτη φορά επιστήμονες στις ΗΠΑ «έπεισαν» ζωντανούς οργανισμούς να δημιουργήσουν χημικούς δεσμούς πυριτίου-άνθρακα, κάτι που έως τώρα μόνο οι χημικοί είχαν καταφέρει να πετύχουν στο εργαστήριο και μάλιστα με πολύ μικρότερη αποτελεσματικότητα.

Η κουμπαριά

Ζωντανά βακτηριακά κύτταρα «πάντρεψαν» το πυρίτιο και τον άνθρακα για πρώτη φορά, με «κουμπάρο» (βιολογικό καταλύτη) ένα τροποποιημένο από τους ερευνητές ένζυμο. Με άλλα λόγια, η φύση προσαρμόστηκε να κάνει κάτι που είχε αποφύγει να κάνει μέχρι σήμερα μόνη της: να ενσωματώσει το πυρίτιο στα μόρια του άνθρακα. Με δεδομένο ότι ο άνθρακας αποτελεί τη βάση της ζωής στη Γη, ενώ το πυρίτιο τη βάση της ηλεκτρονικής και ψηφιακής τεχνολογίας, ο «γάμος» τους σε βιολογικό πλέον επίπεδο ανοίγει νέες δυνατότητες, αδιανόητες μέχρι σήμερα.

Το επίτευγμα   

Researchers in Frances Arnold’s lab at Caltech have persuaded living organisms to make chemical bonds not found in nature. The finding may change how medicines and other chemicals are made in the future. Credit: Caltech

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech), με επικεφαλής την καθηγήτρια Φράνσις Άρνολντ του Τμήματος Χημικών και Βιολόγων Μηχανικών ανέπτυξαν μια βακτηριακή πρωτεΐνη, η οποία μπορεί να δημιουργήσει μόνη της τους δεσμούς άνθρακα-πυριτίου, με βάση τη μέθοδο της λεγόμενης «κατευθυνόμενης εξέλιξης». Με την ίδια τεχνική, εδώ και χρόνια δημιουργούνται νέα και καλύτερα ένζυμα (π.χ. για απορρυπαντικά) μέσω μετάλλαξης και τεχνητής επιλογής στο εργαστήριο. Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που διευκολύνουν τις χημικές αντιδράσεις.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι επιστήμονες δεν βελτίωσαν απλώς τη βιολογική λειτουργία ενός ενζύμου, αλλά το «έπεισαν» -με την κατάλληλη μετάλλαξη στο DNA του- να κάνει κάτι που ποτέ πριν δεν είχε κάνει: να δημιουργήσει δεσμούς άνθρακα-πυριτίου. Ως αφετηρία χρησιμοποιήθηκε μια πρωτεΐνη (το κυτόχρωμα C) ενός ακραιόφιλου βακτηρίου, του Rhodothermus marinus, που αναπτύσσεται στις θερρμοπηγές της Ισλανδίας. Τελικά, δημιουργήθηκε ένα ένζυμο που δημιουργεί τέτοιους δεσμούς 15 φορές πιο αποτελεσματικά από ό,τι το καλύτερο ένζυμο (καταλύτης), που έχουν δημιουργήσει οι χημικοί μέχρι σήμερα.

«Αποφασίσαμε να καθοδηγήσουμε τη φύση, ώστε να κάνει αυτό που μόνο οι χημικοί μπορούσαν να κάνουν - και να το κάνει καλύτερα», δήλωσε η Άρνολντ. Η νέα διαδικασία είναι μη τοξική, φθηνότερη και πιο εύκολη από την υπάρχουσα, ενώ μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο σε θερμοκρασία δωματίου, όσο και σε νερό. Το επίτευγμα που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science» αναμένεται να έχει πλειάδα πρακτικών εφαρμογών σε διάφορες βιομηχανίες.

Το αίνιγμα

Το πυρίτιο είναι -μετά το οξυγόνο- το δεύτερο πιο κοινό στοιχείο στο φλοιό της Γης, αλλά αποτελεί αίνιγμα η ανυπαρξία του στη βιόσφαιρα. Κανένας ζωντανός οργανισμός δεν το έχει μόνος του ενσωματώσει στη βιοχημεία του μέχρι σήμερα, ενώ αντίθετα κάτι τέτοιο έχει συμβεί με μέταλλα όπως το σίδηρο ή το μαγνήσιο. «Μολονότι το πυρίτιο είναι άφθονο παντού γύρω μας, στα πετρώματα και στις παραλίες, όμως κανείς γνωστός έμβιος οργανισμός δεν είχε έως τώρα δημιουργήσει δεσμούς άνθρακα-πυριτίου», δήλωσε η ερευνήτρια Τζένιφερ Καν.

Στο παρελθόν οι χημικοί είχαν συνθέσει μόρια με οργανοπυρίτιο (συνδυασμό άνθρακα και πυριτίου), τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί σε φαρμακευτικά, λιπάσματα, βαφές ημιαγωγούς, οθόνες και άλλα προϊόντα. Στο μέλλον, τέτοια μόρια δεν θα χρειάζεται να είναι συνθετικά, αφού θα μπορούν να παραχθούν από ζωντανούς οργανισμούς, με τρόπο φθηνότερο και πιο φιλικό προς το περιβάλλον (με λιγότερα ανεπιθύμητα υποπροϊόντα και απόβλητα). Όσον αφορά το ερώτημα κατά πόσο η ζωή μόνη της -χωρίς την παρέμβαση των επιστημόνων- θα εξελιχθεί κάποτε, ώστε να χρησιμοποιεί πυρίτιο ενσωματώνοντάς το στα οργανικά μόρια, αυτό, όπως είπε η Άρνολντ, εναπόκειται στην ίδια τη φύση να το «αποφασίσει».        

Το όραμα

This is an artist rendering of organosilicon-based life. Organosilicon compounds contain carbon-silicon bonds. Recent research from the laboratory of Frances Arnold shows, for the first time, that bacteria can create organosilicon compounds. This does not prove that silicon- or organosilicon-based life is possible, but shows that life could be persuaded to incorporate silicon into its basic components. Credit: Lei Chen and Yan Liang (BeautyOfScience.com) for Caltech

Ο άνθρακας και το πυρίτιο είναι χημικά όμοια στοιχεία, που μπορούν να δημιουργήσουν χημικούς δεσμούς με τέσσερα άτομα ταυτόχρονα, πράγμα που τους καθιστά την κατάλληλη βάση για το σχηματισμό των μακρών αλυσίδων μορίων της ζωής, όπως οι πρωτεΐνες και το DNA. Οι επιστήμονες εδώ και χρόνια αναρωτιούνταν αν η ζωή στον πλανήτη μας θα μπορούσε να είχε εξελιχθεί με βάση το πυρίτιο και όχι τον άνθρακα και κατά πόσο κάτι τέτοιο μπορεί ήδη να συμβαίνει σε άλλο πλανήτη. Κατά καιρούς οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας οραματίσθηκαν κόσμους με βάση το πυρίτιο - και τώρα το όραμά τους έρχεται ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίησή του.

Πηγή: S. B. J. Kan, R. D. Lewis, K. Chen, F. H. Arnold. Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life. Science, 2016; 354 (6315): 1048 DOI: 10.1126/science.aah6219