Roca extraterrestre encontrada en Egipto podría ser la primera evidencia de supernova rara en la Tierra

Estas raras supernovas se encuentran entre los eventos más energéticos del universo .

Desde 2013, Belyanin y Kramers han descubierto una serie de firmas químicas muy inusuales en un pequeño fragmento de la Piedra Hipaciana.

Roca extraterrestre encontrada en Egipto podría ser la primera evidencia de la Tierra de una rara supernova 2

En el nuevo estudio, descartaron “sospechosos cósmicos” en el origen de la piedra en un proceso minucioso. Armaron una línea de tiempo que se remonta a las primeras etapas de la formación de la Tierra, el Sol y otros planetas en nuestro sistema solar.

línea de tiempo del espacio

Su hipótesis sobre el origen de Hipatia comienza con una estrella: una estrella gigante roja se ha convertido en una enana blanca. El colapso debe haber tenido lugar dentro de una nube de polvo gigante, también llamada nebulosa.

La enana blanca terminó en un sistema binario con una segunda estrella. La estrella enana blanca finalmente “se comió” a la segunda estrella. En algún momento, la enana blanca “hambrienta” explotó como una supernova de Tipo Ia dentro de la nube de polvo.

Después de enfriarse, los átomos de gas que quedaron de la supernova Ia comenzaron a adherirse a las partículas de la nube de polvo.

En cierto sentido, podemos decir que “atrapamos” la explosión de la supernova Ia “sobre la marcha”, porque los átomos de gas de la explosión cayeron en la nube de polvo circundante, que finalmente formó el cuerpo principal de Hypatia “, dice Kramers.

La enorme “burbuja” de esta mezcla de polvo y átomos de gas de la supernova nunca interactuó con otras nubes de polvo.

Pasaron millones de años y, al final, la “burbuja” se convirtió lentamente en un cuerpo sólido, una especie de “conejito de polvo cósmico”. El cuerpo progenitor de Hipatia se convirtió en roca sólida en las primeras etapas de la formación de nuestro sistema solar.

Este proceso probablemente tuvo lugar en el frío y tranquilo sistema solar exterior, en la nube de Oort o en el cinturón de Kuiper.

En algún momento, la roca madre de Hypatia comenzó a moverse hacia la Tierra.

El calor de la reentrada en la atmósfera terrestre, combinado con la presión del impacto en el Gran Mar de Arena en el suroeste de Egipto, resultó en la formación de microdiamantes y la destrucción de la roca madre.

La Piedra Hypatia, encontrada en el desierto, debe ser uno de los muchos fragmentos del impactador original.

“Si esta hipótesis es correcta, entonces la piedra Hypatia sería la primera evidencia material en la Tierra de una explosión de supernova Tipo Ia.

Quizás igual de importante, muestra que un solo “paquete” anómalo de polvo del espacio podría incluirse en la nebulosa solar de la que forma nuestro sistema solar sin estar completamente mezclado”, dice Kramers.

“Esto va en contra de la sabiduría convencional de que el polvo del que se formó nuestro sistema solar estaba completamente mezclado”.

Tres millones de voltios para una pequeña muestra

Para armar una línea de tiempo de cómo se podría haber formado Hipatia, los investigadores utilizaron varios métodos para analizar la extraña roca.

En 2013, un estudio de isótopos de argón mostró que la roca no se formó en la Tierra. Tenía que ser extraterrestre. Un estudio de gases inertes en el fragmento, realizado en 2015, demostró que no puede pertenecer a ninguno de los tipos conocidos de meteoritos o cometas.

En 2018, el equipo de la UJ publicó los resultados de varios análisis que incluían el descubrimiento de un mineral, el fosfuro de níquel, que no se había encontrado previamente en ningún objeto de nuestro sistema solar.

En esa etapa, Hypatia resultó difícil de analizar más a fondo. Los rastros de metales que buscaban Kramers y Belyanin no se podían “ver en detalle” con el equipo que tenían. Necesitaban un dispositivo más poderoso que no destruyera la pequeña muestra.

Kramers comenzó a analizar el conjunto de datos que Belyanin había creado unos años antes.

En 2015, Belyanin realizó una serie de análisis de haz de protones en iThemba Labs en Somerset West. En ese momento, el Dr. Wojciech Przybylowicz mantuvo el funcionamiento de la instalación con un voltaje de tres millones de voltios.

buscando un patrón

“En lugar de explorar todas las increíbles anomalías que presenta Hypatia, queríamos averiguar si había una unidad oculta en ellas. Queríamos ver si había alguna estructura química consistente en la piedra”, dice Kramers.

Belyanin seleccionó cuidadosamente 17 objetos de una pequeña muestra para su análisis. Todos ellos fueron elegidos para estar lejos de los minerales terrestres que se formaron en las grietas de la piedra original después de que cayera en el desierto.

“Identificamos 15 elementos diferentes en Hipatia con mucha mayor precisión y precisión utilizando una microsonda de protones.

Esto nos dio los ‘ingredientes’ químicos que necesitábamos, y Jan pudo comenzar el siguiente proceso de análisis de todos los datos”, dice Belyanin.

El haz de protones también descarta la existencia del sistema solar.

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La primera gran evidencia nueva del análisis del haz de protones provino de los niveles sorprendentemente bajos de silicio en los objetivos de piedra de Hypatia.

El contenido de silicio, junto con el cromo y el manganeso, fue inferior al 1%, lo que se esperaría de algo que se formó dentro de nuestro sistema solar interior.

Además, el alto contenido de hierro, azufre, fósforo, cobre y vanadio era notable y anómalo, agrega Kramers.

Encontramos un patrón consistente de abundancia de oligoelementos que es completamente diferente de cualquier cosa en el sistema solar, primitivo o evolutivo”.

Los objetos en el cinturón de asteroides y los meteoritos tampoco coinciden. Así que dirigimos nuestra atención a los objetos fuera del sistema solar”, dice Kramers.

No de nuestra zona.

Luego, Kramers comparó el patrón de concentraciones de elementos en Hipatia con lo que uno esperaría ver en el polvo entre las estrellas en nuestro brazo solar de la Vía Láctea.

“Buscamos ver si el patrón que obtenemos del polvo interestelar promedio en nuestro brazo solar de la Vía Láctea coincide con lo que vemos en Hipatia. Una vez más, no había parecido”, añade Kramers.

Hasta ahora, los datos del haz de protones también han descartado cuatro “sospechosos” de dónde podría haberse formado Hypatia.

Hipatia no se formó en la Tierra, no formó parte de ningún tipo conocido de cometa o meteorito, no se formó a partir del polvo ordinario del sistema solar interior, o del polvo interestelar ordinario.

No es una gigante roja

La siguiente explicación más simple para la concentración de elementos en Hypatia podría ser una estrella gigante roja. Las estrellas gigantes rojas se encuentran a menudo en el universo.

Pero los datos del haz de protones también descartan la salida de masa de la estrella gigante: Hipatia tiene demasiado hierro, muy poco silicio y una concentración demasiado baja de elementos pesados ​​más pesados ​​que el hierro.

No supernova tipo II

El siguiente “sospechoso” fue una supernova de tipo II. Las supernovas de tipo II producen mucho hierro. También son un tipo relativamente común de supernovas.

Una vez más, los datos del haz de protones de Hypatia descartaron a un sospechoso prometedor por “análisis forense químico”.

Es muy poco probable que una supernova de Tipo II sea la fuente de minerales extraños como el fosfuro de níquel en un guijarro. Además, Hypatia tenía demasiado hierro en comparación con el silicio y el calcio.

Es hora de echar un vistazo más de cerca a la composición química predicha de una de las explosiones más dramáticas del universo.

fábrica de metales pesados

Un tipo más raro de supernova también produce mucho hierro. Las supernovas de tipo Ia ocurren solo una o dos veces por galaxia por siglo.

Pero producen la mayor parte del hierro (Fe) del universo. La mayor parte del acero en la Tierra fue una vez el elemento hierro creado por las supernovas Ia.

Además, la ciencia afirma que algunas supernovas de Ia dejan rastros de “química forense” muy característicos. Esto se debe a la forma en que se organizan algunas supernovas Ia.

Primero, una estrella gigante roja colapsa en una estrella enana blanca muy densa al final de su vida.

Las estrellas enanas blancas suelen ser increíblemente estables durante largos períodos de tiempo y es muy poco probable que exploten. Sin embargo, hay excepciones.

Una estrella enana blanca puede comenzar a “jalar” materia de otra estrella en un sistema binario.

Se puede decir que una estrella enana “se come” a su estrella compañera. Eventualmente, la enana blanca se vuelve tan pesada, caliente e inestable que explota en la supernova Ia.

La fusión nuclear durante una explosión de supernova Ia debería crear patrones de concentración elemental muy inusuales, como lo predicen los modelos teóricos científicos aceptados.

Además, una estrella enana blanca que explota en la supernova Ia no solo se rompe en pedazos, sino que literalmente se rompe en átomos. La materia de Ia supernova entra en el espacio en forma de átomos de gas.

En una extensa búsqueda bibliográfica de datos estelares y resultados de modelos, el equipo no pudo encontrar una coincidencia química similar o mejor para la roca Hypatia que un conjunto específico de modelos de supernova Ia.

Elementos de prueba forense

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“Todos los datos y modelos teóricos de la supernova Ia muestran proporciones mucho más altas de hierro en comparación con el silicio y el calcio que los modelos de supernova II”, dice Kramers.

“En este sentido, los datos del Laboratorio de Haz de Protones Hypatia son consistentes con los datos y modelos de las supernovas Ia”.

En general, ocho de los 15 elementos analizados cayeron dentro de los rangos de proporción previstos en relación con el hierro. Estos son silicio, azufre, calcio, titanio, vanadio, cromo, manganeso, hierro y níquel.

Sin embargo, no todos los 15 elementos analizados en Hipatia coinciden con las predicciones. En seis de los 15 elementos, las proporciones eran de 10 a 100 veces mayores que en los modelos teóricos de supernovas de tipo 1A.

Estos elementos son el aluminio, fósforo, cloro, potasio, cobre y zinc.

Dado que una estrella enana blanca se forma a partir de una gigante roja moribunda, Hipatia podría haber heredado estas proporciones de seis elementos de la estrella gigante roja. Este fenómeno se ha observado en estrellas enanas blancas en otros estudios”, añade Kramers.

Si esta hipótesis es correcta, entonces la piedra de Hypatia sería la primera evidencia física en la Tierra de una explosión de supernova Tipo Ia, uno de los eventos más energéticos del universo.

La roca hipaciana tendrá la clave de una historia cósmica que comenzó durante la formación temprana de nuestro sistema solar y fue encontrada muchos años después en un desierto remoto lleno de otras rocas.

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