Allt börjar... Big Bang. Population III-stjärnor. Supernova-explosioner. Stjärnor bildas

Transkript

1 Allt börjar miljoner år Big Bang Population III-stjärnor Universum består av H, He och Li, och är fortfarande helt mörkt pga absorption av ljus. I rekombinationsfasen bildas de första molekylerna, t.ex. H 2 och LiH. Gigantiska stjärnor, sk. Population IIIstjärnor, bildas, som är flera hundra gånger tyngre än solen miljoner år Supernova-explosioner Dessa massiva stjärnor bränner väte och helium och bildar tyngre grundämnen som kol och järn i vad som kallas nukleosyntes: energi utvinns genom att bränna kol och syre, vilket leder till tyngre och tyngre element, och tillslut järn, som är den stabilaste kärnan. När järn bildats har man nått toppen av nukleosyntesen man kan man inte utvinna energi genom att bränna det. Stjärnorna exploderar då som supernovor. I explosionen slungas gaser ut med hög hastighet, t ex O, C, Si och Fe. Samtidigt bildas interstellärt stoft som formar gasmoln, ur vilka nya stjärnor kan utvecklas. Stjärnor bildas Supernova 1987A i Stora Magellanska molnet.

2 Mörka moln och molekyler Väte är det dominerande ämnet i den interstellära gasen. Molnen drar ihop sig och bildar täta moln, molekylära moln, där molekyler, främst H 2, bildas. De molekylära molnen är kalla, K, och tätare än omgivningen, fast mycket tunna jämfört med vår atmosfär på jorden. De blockerar UV- och röntgenstrålning, som annars bryter sönder molekylerna. Astronomiskt periodiskt system, där grundämnenas storlek är relaterat till mängden av dem i interstellära mediet. Interstellärt korn. I de interstellära gasmolnen kan vätgas, H 2, inte bildas genom gas-reaktionen H + H. Istället måste reaktionen ske på ytan av interstellära korn, där ytan fungerar som en katalysator, som möjliggör reaktionen. H 2 är utgångspunkten för de flesta andra molekyler och joner som finns, t.ex. H 3+ : Start på en kedjereaktion. Ur Le Monde

3 Stjärnor och planeter bildas Nebulosor bildas, där gasmolnen är tätare än omgivningen. När de kollapsar pga gravitationen blir de mindre och tätare, och temperaturen ökar. En het inre kärna bildas, en sk. Protostjärna, på väg att bli en stjärna. Gas-tryck Gravitation Till slut uppstår jämvikt mellan trycket från gasen inuti stjärnan och utifrån. Materia binds då inte längre till stjärnan utan bildar en skiva som omger den. De kallas protoplanetära skivor. Ung stjärna med protoplanetär skiva När atomerna och molekylerna i de protoplanetära skivorna klumpar ihop sig bildas växande kroppar, planetesimaler, med upp till några km radie. Dessa är byggstenar och utgångspunkter för planeter. Solsystemet

4 Kriterier för liv? Atmosfär? Värme? Tryck? Vatten? Byggstenar för biomolekyler? Strålning? Syre är viktigt för liv likt det på jorden. Det finns dock organismer som lever i syrefria miljöer, t.ex. vissa havsbottnar, och organismer som inte alls tål syre. Temperaturen är viktig för hastigheten på kemiska reaktioner. Alltför kallt eller varmt ( 200 C eller 2000 C) funkar inte. Under högt tryck krävs ett hårt skal (som en dykardräkt). Men utan atmosfäriskt tryck skulle t.ex. vårt blod koka vid låga temperaturer. Vatten är bland annat nödvändigt för ämnesomsättning. De är nödvändiga, men de behöver inte se ut som de vi ser i liv på jorden idag. Utan skydd från stark UV-strålning bryts molekyler sönder. Jorden Mars Upptäckten av spår av vatten på Mars gjordes 2004 och var årets vetenskapliga händelse, enligt tidskriften Science! Eftersom vi har en atmosfär hålls Jordens temperatur på rätt nivå, där de kemiska reaktioner som ger organiska molekyler fungerar. Därför är också vattnet på jorden fortfarande flytande, till skillnad från Mars. För miljarder år sedan fanns flytande vatten på Mars, och planeten hölls varm av en atmosfär. Både på Jorden och på Mars skapades atmosfären genom vulkanutbrott, men aktiviteten på Mars var mycket mindre. Planeten kyldes därför ner efterhand, och för ca 2.8 miljarder år sedan frös vattnet i jordskorpan. Nu finns endast en tunn atmosfär på Mars, och det är extremt kallt. Observationer från Viking och Mars Pathfinder har inte funnit några organiska molekyler på Mars.

5 Liv från kometer och meteorer Vissa forskare tror att kometer, meteoriter och interplanetär materia kan ha fört med sig organiskt material till planeter, och därmed bidragit till utvecklingen av liv på jorden. Gasmolnen mellan och runt stjärnor består till mer än 50% av kolbaserade molekyler, och man har hittat meteoriter med komplicerade organiska föreningar, bl.a. många olika aminosyror, proteinernas byggstenar. Man tror också att mycket av vattnet på jorden, kanske upp till 35%, kommer från meteoriter och kometer. Del av Murchinson-meteoriten, som föll över staden Murchinson, Australien Meteoriten innehåller många aminosyror, och även kolväten och polyoler, organiska substanser som liknar socker. En komet-kärna, där man ser gas som omger och strömmar ut från kometen.

6 I vårt solsystem Planeterna och månarna i vårt solsystem skulle inte passa för liv som vi känner det idag. Istället kan vi jämföra med hur jorden såg ut för några miljarder år sedan. Då var atmosfären full av koldioxid och andra molekyler, vulkanutbrott och rörelser i jordskorpan var vanliga. Hav av vatten fanns, men syrehalten i atmosfären var troligtvis låg. Titta närmare på Titan och Europa, Saturnus och Jupiters månar! Titan Europa Titan undersöktes i Cassini-Huygensprojektet 2004/2005. Titan har en atmosfär som liknar jordens, med mycket kväve och komplexa molekyler, och moln som innehåller metan. Det kan finnas flytande metan eller vatten inuti Titan, och månen påminner om hur jorden såg ut när liv uppstod. Problemet är att det är ca -200 grader kallt! Men även på jorden lever organismer i extrem kyla. Bild från Galileo orbiter. Jupiters måne Europa är liten, utan atmosfär och därmed exponerad direkt till rymden. Även Europa är väldigt kall på ytan, men en gång kan det ha varit tillräckligt varmt under månens yta för att det skulle finnas flytande vatten. Nu är Europas yta täckt av is, men kanske kan det finnas levande organismer under ytan, som en kvarleva från varmare dagar.

7 Extrema livsformer Om organismer kan frodas under extrema förhållanden här på jorden finns kanske förutsättningar för liv även där det verkar omöjligt? Höga och låga temperaturer, -18 C till hundratals grader varmt Geotermiska källor på havsbotten, sk., kan vara C varma. Crypotendoliths funnen under polar-is på Antarktis Pyrolobus fumari observerade i vulkaner på Vulcano Island, Italy, 113 C Extremt surt eller basiskt, ph-värde mellan Höga salthalter, 38% NaCl (>10 ggr oceanernas salthalt) Prokaryoter i t.ex. Döda havet Höga tryck, flera tusen gånger atmosfärstryck. Baciller observerade i Marianas Trench (djupaste punkten i världshaven), med 1200 gånger atmosfärstryck. Där är det även helt mörkt.

8 Extrasolära planeter Hittills (aug. 09) har 373 extrasolära planeter, eller exoplaneter, upptäckts i andra solsystem än vårt. Nästan alla som hittats hittills är mycket olika Jorden. Darwin-projektet, från bl.a. CNES och ESA, kommer att bygga upp en flotta med sex rymdfarkoster kommer leta efter Jord-liknande planeter runt de ca 1000 närmaste stjärnorna (inom 50 ljusår), och analysera deras atmosfär för att hitta kemiska spår av liv. Tillsammans kommer teleskopen efterlikna ett jätte-teleskop. De kommer leta efter absorptions-linjer från de ämnen man vill hitta, dvs vilka våglängder som gasen tagit upp när ljus passerat. Darwins sex teleskop, en central samordnande farkost och en kommunikations-satellit. Man hoppas bl.a kunna detektera vatten eller ozon i någon atmosfär, eftersom det tyder på att det finns oceaner och överskott av syre, vilket tyder på liv. Ett av Darwins teleskop

9 DESIREÉ DESIREÉ är ett experiment som just nu byggs av Stockholms universitet. Det är en elektrostatisk lagringsring där man kommer att kunna accelerera två olika joner samtidigt. Man vill studera reaktioner mellan positiva och negativa joner vid låg temperatur, t.ex. ömsesidig neutralisation av joner X + + Y X + Y eftersom det är möjligt att de negativa laddningarna i de kalla molnen består av joner, och inte fria elektroner. Man kommer också studera biomolekyler, främst hur de växelverkar med andra joner och med ultrakorta laserpulser. Interstellärt moln i Vintergatan Skiss över DESIREÉ, en dubbel elektrostatisk lagringsring för positiva och negativa joner. Ringen kommer att kylas till ca 10 K. Detta liknar omgivningen i de kalla interstellära molnen och underlättar experimenten. Jonerna kan skapas och lagras så att de får samma temperatur som omgivningen.

10 ODIN Satelliten Odin sändes upp den 20 februari 2001 med två uppdrag: att studera atmosfären och att undersöka rymden. ODIN gör mätningar av atmosfären från rymden, och ger kunskap om bl.a. ozonlagret och växthuseffekten. ODIN under uppbyggnad ODIN tar även emot signaler från atomer och molekyler i interstellära medium. Därmed kan man få information om vad och hur mycket av olika ämnen det finns. Spektrum där emissionslinjerna i O 2 observeras Med hjälp av ODIN kunde forskare från Stockholms Universitet under 2006 för första gången detektera O2-molekyler utanför vårt solsystem! Observationer från marken är omöjliga eftersom atmosfären absorberar det ljus (de våglängder) man vill detektera. Denna upptäckt är viktig eftersom man tror att syremolekyler skall finnas, och att de spelar en stor roll i hur gasmoln utvecklas till stjärnor, eftersom de hjälper till att kyla ner materia. Forskarna har också observerat ännu oidentifierade våglängder, som kan vara tecken på biologiskt relevanta molekyler