האם באמת כולנו עשויים מאבק כוכבים?

קרל סייגן אמר: "הקוסמוס נמצא בתוכנו. אנו עשויים מחומרי כוכבים. אנחנו דרך ליקום להכיר את עצמו". זה ציטוט כל כך טוב שהוא גורם לנו להישאר ערים בלילה כדי לקלוט את הכל. אבל מבין המילים האלה, בואו נתמקד בעיקר בשתיים: חומרי-כוכבים. סייגן לא ממש אמר אבק כוכבים. חומרים של כוכבים עשויים להיות תיאור מעורפל יותר, אבל, במובן מסוים, הוא מדויק יותר. בואו נברר מדוע.

מצד אחד, אפשר בקלות לטעון שאנחנו עשויים מאבק כוכבים. בערך 99 אחוז מגוף האדם מורכב משישה יסודות בלבד. לפי סדר שבר מסי, הם: חמצן, פחמן, מימן, חנקן, סידן וזרחן. בסביבות 65 אחוז מהמסה שלנו היא מחמצן, 18.5 אחוז מפחמן. המימן מהווה 90 אחוז מכלל האטומים והוא היסוד היחיד בגוף האדם שאינו מגיע מתהליכים או אירועים כוכביים.

כדי למצוא את מקור המימן, עלינו להתחיל ממש בתחילת היקום. תוך דקות ספורות לאחר המפץ הגדול, הקוסמוס חווה נוקליאוסינתזה. כל היקום הנראה כמה דקות לאחר המפץ הגדול היה קטן יחסית. אם נרכז אותו מהשמש, הוא לא היה נמתח הרבה יותר מכמה עשרות ממערכות הכוכבים הקרובות ביותר. והוא היה חם, מצב שנקרא פלזמת קווארקים-גלואונים. קווארקים הם החלקים היוצרים פרוטונים ונייטרונים, החלקיקים במרכז גרעיני אטום, וגלואונים גורמים להם להיצמד זה לזה.

היקום עבר התפשטות מסיבית, וככל שהוא גדל, הוא גם נעשה קר יותר - לפחות קר מספיק כדי שהפרוטונים והנייטרונים יקפצו לקיום. מימן בצורתו הפשוטה ביותר הוא רק פרוטון בודד, אז כשהפרוטונים הגיחו מפלזמת קווארקים-גלואונים, בום, קיבלנו מימן.

הצורה הפחות נפוצה של מימן נקראת דאוטריום, שיש לו פרוטון אחד ונייטרון אחד, וזה בסופו של דבר התמזג להליום (שני פרוטונים ושני נייטרונים) וכמות זעירה של יסודות אחרים אבל שום דבר לא כבד כמו פחמן (בצורה הנפוצה ביותר שלו, שישה פרוטונים ושישה נייטרונים). בשלב זה, היקום היה 75 אחוז מימן ו-25 אחוז הליום (בתוספת עקבות של יסודות אחרים).

כדי לייצר פחמן וכל דבר כבד יותר, צריך מקור נוסף של נוקלאוסינתזה: כוכבים. כוכבים יוצרים יסודות כבדים יותר ממימן והליום על ידי היתוך גרעיני. תחילה מימן הופך להליום, אחר כך הליום לפחמן וחמצן, ואז אלמנטים כבדים יותר אם הכוכב מספיק מסיבי. כשהם מגיעים לברזל, המערכת מתפרקת. זה צורך יותר אנרגיה להתיך ברזל ממה שיוצאת החוצה. ללא ייצור האנרגיה, הכוכב קורס על עצמו, יוצר עוד אלמנטים בתהליך ומפיץ את היסודות הללו ברחבי היקום כשהוא מתפוצץ בסופרנובה.

אלמנטים מסוימים מיוצרים בפיצוץ של ננסים לבנים. ננסים לבנים הם כוכבים שלא היו מסיביים מספיק כדי להפוך לסופרנובה בעצמם, ולכן הליבה שלהם שקרסה נחשפה בסופו של דבר. אבל אם יש להם בן לוויה, הם עלולים לגנוב מספיק חומר כדי לחצות סף קריטי ולהתפוצץ - תוך כדי יצירת אלמנטים חדשים. חלק מהסידן בעצמותינו ומהברזל בדמנו בא ממות הכוכבים הללו.

התהליך האחרון שיוצר את היסודות הטבעיים הכבדים יותר בטבלה המחזורית הוא התנגשויות של כוכבי נייטרונים. זו הדרך היחידה שבה אפשר לקבל את לכידת הנייטרונים המהירה, המכונה גם r-process. זוהי קבוצה של תגובות גרעיניות היוצרות מחצית מהיסודות הכבדים יותר מברזל. היא אחראית על דברים כמו זהב ופלטינה, אבל גם על יסודות בסיסיים לפיזיולוגיה של האדם. התרומה המכרעת של התנגשויות כוכבי נייטרונים להרכב שלנו היא יוד. אין הרבה, אך זה מרכיב מפתח לחילוף החומרים שלנו.

אז כדי ליצור אותנו, צריך את כל זה. לא רק המפץ הגדול, לא רק כוכבים הממזגים אלמנטים; גם צריך את האבולוציה שלהם ואת המוות בסופו של דבר, במיוחד בצורה הדרמטית והנפיצה ביותר. צריך כוכבים גדולים וכוכבים קטנים. אולי אפילו הכוכבים הגדולים ביותר שהיו אי פעם, אובייקטים עד פי 10,000 מהמסה של השמש שלנו שחיו במשך 2 מיליון שנים בלבד עם שחר היווצרות הכוכבים ביקום.

עם כל הידע הזה, זה די ברור שאנחנו עשויים מכוכבים. אנחנו כאן כי כוכבים מתו. אבל השאלה שבה אנו עוסקים היא מעט שונה: האם אנו עשויים מאבק כוכבים? התשובה היא חלקית - ועכשיו זה המקום שבו אנחנו יכולים לחטט כמו שצריך.

אבק כוכבים, אבק קוסמי, אבק מחוץ לכדור הארץ - איך שלא תרצו לקרוא לזה, היקום מתובל בזה. אבל זה לא כמו אבק כדור הארץ. קודם כל, הוא בדרך כלל הרבה יותר עדין, בעיקר בין העקביות של עשן לבין מבנים העשויים רק מקומץ של מולקולות. המבנים הגדולים ביותר הם מיקרו-מטאורואידים (micrometeoroids) בקוטר של כ-100 מיקרון (בסביבות 0.1 מילימטר). וכאן הגענו לנושא: לאבק כוכבים יש משמעות מאד ספציפית באסטרופיזיקה.

זה אבק שנוצר על ידי כוכבים, אבל לא כל אבק נוצר שם. אז, זה טיעון חטטני אבל הוא חשוב. ראשית, מעניין לדעת שכמה כוכבים יצרו מולקולות, אפילו כמה מורכבות מבוססות פחמן. כוכבים מייצרים את המולקולות הללו ואז הן נפלטות לחלל. חלק ממולקולות הפחמן עשויות בסופו של דבר למצוא את דרכן לכוכבי לכת, שם הן עשויות לשמש כאבני היסוד של יצורים חיים.

אז אתם מבינים, אנחנו אבק כוכבים, אבל רק בחלקנו. הערכה נפוצה של כמה כוכבים תורמים ישירות לכל האבק ביקום היא בסביבות 6 אחוזים. זה אולי נראה כמו מספר מאכזב, אבל אנחנו הולכים לטעון שזה לא. להיות חטטני לגבי השאלה "האם אנחנו עשויים מאבק כוכבים?" מאפשר לנו להעריך טוב יותר את כל המקורות שבסופו של דבר יצרו את כוכב הלכת שלנו ועם הזמן גם אותנו.

אבק קוסמי נוצר ליד כוכבים, מכיוון שהם מאבדים את השכבות החיצוניות של האטמוספירה שלהם. הוא נוצר בחומר שנפלט מנובות, המצב הארעי שבו אסטרונומים צופים בהבהרה פתאומית של ננס לבן גונב חומר מכוכב מלווה. וכמובן, כאשר סופרנובות מתפוצצות, אבק נוצר גם בפליטה של אירועים קטקליזמיים אלה.

לאחר מכן מעובד אבק בתווך הבין-כוכבי, החומר הקיים במרחב שבין כוכבים. כאן אפשר להרוס אבק ולהרכיב אותו מחדש, אפשר להפוך אותו למשהו חדש. המדיום הבין-כוכבי מלא במולקולות מורכבות כמו פחמימנים ארומטיים רב-טבעתיים, מולקולות קודמניות לחומרים אורגניים חשובים כמו חומצות אמינו, אבני היסוד של חלבונים. האבולוציה של גרגרי האבק הללו מתרחשת לא רק כאשר כוכבים מתים או מתו, אלא גם בעת לידתם.

אנרגיה עזה מהפאזה הקדם-כוכבית יכולה ליצור תגובה בענן הגז והאבק המקיף כוכב צעיר. תהליכים אלה יובילו בסופו של דבר את גרגירי האבק לאינטראקציה עם אחרים, להצטבר לגושים, ומגושים לכוכבי לכת - ובכן, זה רק צעד קצר במונחים קוסמיים. הכל מסביבנו בא מכוכבים. אנחנו התוצר של אותן אינטראקציות קוסמיות.

אבל יש מולקולה שעדיין לא החשבנו אותה, לא בדיוק אבק כוכבים אלא צמודה לאבק כוכבים (לפעמים ממש מחוברת אליו): מים. קרח מים הוא תוצר לוואי של היווצרות כוכבים והוא החומר המוצק הנפוץ ביותר ביקום.

המים בנהרות, באוקיינוסים, במשקאות ובגופנו נוצרו הרבה לפני מערכת השמש בחלקים הקרירים יותר של החלל הבין-כוכבי שבו הם יכולים להתעבות. אבל אדי מים יכולים להיווצר גם בכוכבים קרירים, כאלה שיש להם טמפרטורה נמוכה מהערך שגורם למולקולות מים להתפצל. אז בין האבק שמשתחרר מכוכבים, יש גם מים. מים שמצאו את דרכם בסופו של דבר לכדור הארץ ואלינו.

אנחנו מין רומנטי חסר תקנה. ל"אבק כוכבים" יש לנו קונוטציות של משהו נוצץ וקסום, כמו אבקת פיות; זילוף של קסם קוסמי שעושה את זה קצת יותר מיוחד. "חומרי כוכבים" יותר ענייני ופחות מוגדר, אבל הוא מקיף את כל הגוונים של תהליכי הכוכבים שבסופו של דבר יצרו אותנו במישרין או בעקיפין.

אולי ל"חומרים" יש קונוטציות פחות קסומות, אבל לנחישות של זה יש יותר כוח. כוכבים נשרפו כדי ליצור אותנו, הפכו לענקים והפכו לסופרנובה. הכוכבים הדחוסים ביותר ביקום התמזגו כדי ליצור פיסות מאיתנו, והמולקולות שבונות אותנו נוצרו באטמוספרות בוערות ובעננים בין-כוכביים קפואים. אנחנו חומר כוכבים, טלאים של אלמנטים ומולקולות שנוצרו במגוון עצום של סביבות קוסמיות. אבל אנחנו יותר מסתם אבק או חומרים, אנחנו סכום של תהליכים אוניברסליים שחברו יחד במה שאנו מכנים בן אדם.

מקורות:

iflscience

space.com

nasa.gov