Umjetnikov dojam mlade zvijezde okružen protoplanetarnim diskom. Kad se nuklearna fuzija prvi put zapalila u središnjoj jezgri Sunca, naš Sunčev sustav možda je izgledao vrlo slično ovome. (ESO / L. CALÇADA)

Kako je bilo kad se prvi stvorio naš Sunčev sustav?

Ono što se dogodilo prije 4,56 milijardi godina najvažniji je dio kozmičke priče koja nam se ikada dogodila.

Ako biste gledali naš Univerzum u vrijeme kad se formirao naš Sunčev sustav, ništa ne bi izgledalo neobično. Mliječni put izgledao bi relativno izolirano: drugi po veličini član razmjerno male skupine galaksija. Male bi se patuljaste galaksije vidjele kako se polako spajaju i dobijaju ih veće, baš kao što bi radile cijeli svemir. A kroz Mliječni put stotine milijardi zvijezda već sjaje, pri čemu se plinske nakupine povremeno stežu duž njegovih spiralnih krakova kako bi pokrenule nove valove formiranja zvijezda. U našoj galaksiji u bilo kojem trenutku djeluje na desetine do stotine ovih regija.

U jednoj od tih regija, 9,2 milijarde godina nakon Velikog praska, formirali su se naše Sunce, planeti i Sunčev sustav. Evo kako je to bilo kad je Svemir napravio ono što će postati nas.

Vrlo mladi protostar M17-SO1, kako je prikazano na teleskopu Subaru. Ovaj novooblikovani objekt nastao je zbog urušavanja plinskog oblaka i jednog dana će postati zvijezda, ali još uvijek nije jedan. (SUBARU / NAOJ)

Plinski oblaci ugovaraju se u zvijezde za više od 99% povijesti Univerzuma, ali sustavi poput našeg nisu uvijek bili mogući. Bilo je potrebno generacijama zvijezda koje su živjele i umirale, gorile su svojim gorivom, odlazile supernove, puhale vanjske slojeve i dolazile do sudara bijelih patuljaka-bijelih patuljaka i neutrona zvijezda-neutrona koji su ispunili našu galaksiju teškim elementima koje bismo kasnije potreba za životom.

Tek s tim sirovim sastojcima naš Sunčev sustav mogao nas je potaknuti. Ali da bismo postojali sa svojstvima koja smo imali, čitav niz drugih stvari morao se uskladiti upravo kako treba.

Spiralne galaksije oblikovane su otprilike kao palačinka: plin unutar njih nalazi se u tankom disku koji je gušći prema središtu, a manje gust na periferiji. Kako se okreću, unutarnji se dijelovi okreću u većem broju puta od vanjskih; galaksije se rotiraju različito, nego poput vrtložnog zapisa.

Najteži elementi prednost se vijugaju prema središnjim krajevima, dok se lakši elementi vijugaju na periferiji. Naš Sunčev sustav formirao se iz plinskog oblaka otprilike na pola puta prema rubu diska, oko 25.000 svjetlosnih godina od središta, u središnjem dijelu diska, ako biste ga trebali razrezati po dužini. Kad se naš Sunčev sustav prvi stvorio, od nas je napravljeno oko 70% vodika i 28% helija, a samo oko 2% svega ostalog u kombinaciji. Ipak, to predstavlja daleki put od Velikog praska, gdje je sve bilo 75% vodika, 25% helija, a gotovo ništa više.

Slikovni stup, sastavljen od plina i prašine, nalazi se u zvjezdanoj raslinici zvanoj maglica Carina, smještenoj na udaljenosti 7500 svjetlosnih godina, u južnom sazviježđu Carine, kako je Hubble slikao u vidljivoj svjetlosti. Zvijezde koje se formiraju iznutra vjerojatno imaju iste omjere elemenata jedna s drugom, s još težim elementima nego što ih ima naše Sunce. (NASA, ESA I HUBBLE SM4 ERO TEAM)

Način na koji se većina zvijezda formira u galaksijama poput naše - u razvijenim spiralnim galaksijama koje su relativno tihe - je kada oblaci plina u disku prolaze kroz jednu od spiralnih krakova. Materijal se pritišće u ove oblake, što dovodi do još veće prosječne gustoće nego prije, što često može izazvati gravitacijski kolaps. Kad se dogodi kolaps, ovi oblaci plina, koji se mogu kretati tisućama do milijuna puta mase Sunca, počinju se fragmentirati u bezbroj sitnih nakupina.

Najveći grozdovi u prvom obliku počinju privlačiti najviše materije, a oni izrastaju u najveće zvijezde. Manji grozdovi rastu sporije, a nakupine koje se spajaju vidjet će da se njihov rast ubrzava. Unutar ovih regija koje stvaraju zvijezde počinje se događati rasa: između gravitacije, rada na stvaranju i rastu zvijezda i zračenja, koje najnovije zvijezde emitiraju u novoformirane.

Maglica Orao sadrži tisuće novih zvijezda, sjajan centralni zvjezdani skup i razne isparavajuće plinovite kugle koje sadrže aktivno stvaranje zvijezda i sjajne mlade zvijezde. (NASA / ESA & HUBBLE; WIKISKY TOOL)

S vremenom postaje jasno tko će biti veliki pobjednici: najmasovnije zvijezde mogu biti desetke ili čak stotine puta tako masivne kao naše Sunce i mogu zračiti tisućama do milijunima puta blistavim poput naše vlastite zvijezde. To su behemoti koji će uništiti aktivna područja stvaranja zvijezda isparavanjem plina.

Ali gravitacija je uporan konkurent. Crpi plin u velikom broju regija. Dok velika maglica, koja tvori zvijezde, može tvoriti desetine ili čak stotine zvijezda velike mase, ona će oblikovati stotine puta više zvijezda male mase. Dok najsjajnije, najzgodnije, plave zvijezde rano dobivaju svu pažnju, one su samo bljeskalice u kozmičkoj ljestvici. Za nekoliko milijuna godina svi će nestati.

Pojedina monstruozna zvijezda, Herschel 36, blista blistavo kao 200.000 Sunca kombiniranih u srcu maglice Laguna. Dok vidljiva svjetlost (L) otkriva prisutnost plina i prašine na različitim temperaturama i sastavljena od različitih elemenata, infracrveni pogled s desne strane pokazuje nevjerojatno obilje zvijezda koje su skrivene iza maglice u vidljivom dijelu spektra. Ove zvijezde unutar maglice Hubble ne može u potpunosti razriješiti na svojim dostupnim valnim duljinama, ali James Webb će tamo stići. Ogromna zvijezda Herschel 36 vjerojatno će umrijeti prije nego što zvijezde iznutra dovrše formiranje. (NASA, ESA i STSCI)

Kažu da plamen koji gori dvostruko više svijetli, samo upola duže, ali za zvijezde je još gore od toga. Zvijezda koja je dvostruko masnija od druge, gori svojim gorivom oko osam puta brže. U usporedbi sa zvijezdom poput našeg Sunca, koja bi mogla trajati 10–12 milijardi godina, zvijezda koja je desetaka ili čak stotina puta masivnija živjet će najviše nekoliko milijuna godina.

Dok se naš rani Sunčev sustav još uvijek povlači u materiju, raste i radi na urušavanju kako bi formirao središnju zvijezdu u orbiti oko planeta, najmasivnije zvijezde oko njega bijesno izgaraju svojim gorivom, idući u supernovu i stavljajući kraj zvijezdama - formiranje u okolnim sredinama. Svemir je nasilno mjesto, a regije koje stvaraju zvijezde su neka od najnasilnijih mjesta svih.

Sustav klasifikacije zvijezda prema boji i veličini vrlo je koristan. Pregledom našeg lokalnog područja Svemira otkrivamo da je samo 5% zvijezda u masi veće ili jednako našem Suncu. To je tisuću puta blistavije poput najtamnije crvene patuljaste zvijezde, ali najmasovnije O-zvijezde su milijuni puta blistave poput našeg Sunca. (KIEFF / LUCASVB WIKIMEDIA COMMONS / E. SIEGEL)

Ali ni naš Sunčev sustav nije baš ni na krajnjoj razini. Središnji skup materije koja će prerasti u naše Sunce počeo je ranije, i rastao je brže od velike većine nakupina koje su prisutne. Ako bismo danas pogledali naše Sunce i uspoređivali ga sa svim ostalim zvijezdama u Svemiru, evo iznenađujuće činjenice o tome: ono je masivnije od 95% svih zvijezda vani.

Zapravo, negdje između 75% i 80% svih zvijezda su zvijezde crvenog patuljka (M-klase): najniža masa, najslađa i najmanja klasa zvijezda vani. Od ostalih zvijezda više od polovice je sljedeća klasa: K-klasa koja je još uvijek manja, manje masivna i hladnija od našeg Sunca. Količina materije koja se skupila da bi nas dovela do iznadprosječne mase, tipična na jedan vrlo važan način: bili smo sami.

Područja koja stvaraju zvijezde, poput onih u magli Orion, u vidljivoj svjetlosti (L) i infracrvenoj svjetlosti (R), tipična su za sustave zvijezda, uključujući pojedinačne zvijezde poput našeg i binarnog, trostrukog, pa čak i veće sustave s više zvijezda stvorite se. (NASA; KL LUHMAN (HARVARD-SMITHSONIAN CENTAR ASTROPHYSICS, CAMBRIDGE, MASS.); I G. SCHNEIDER, E. YOUNG, G. RIEKE, A. COTERA, H. CHEN, M. RIEKE, R. THOMPSON (STABARSKA OPASNOST) , UNIVERZITET ARIZONA, TUCSON, ARIZ.), NASA, CR O'DELL i SK WONG (RICE UNIVERSITY))

U većini velikih regija koje stvaraju zvijezde koje nalazimo u galaksijama veličine Mliječnog Puta rađa se tisuće novih zvijezda. Od toga će mnoge od njih biti povezane u sustave s više zvijezda, dok će otprilike polovica njih biti jedna zvijezda bez drugog zvjezdanog pratitelja. To smo saznali relativno nedavno, gledajući obližnje zvijezde do Zemlje, zahvaljujući suradnji poznatoj kao RECONS.

Istraživački konzorcij o obližnjim zvijezdama (RECONS) pregledao je sve zvijezde koje su mogli naći unutar 25 parseksa (oko 81 svjetlosna godina) i otkrio ukupno 2.599 zvijezda. Od toga su 1533 bili sustavi s jednom zvjezdicom, ali je preostalih 1426 bilo vezano u binarni, trinarni ili čak složeniji sustav.

Zašto je naše Sunce sustav s jednom zvjezdicom, a ne sustav sa više zvijezda? Čista šansa.

Ovaj dijagram prikazuje evoluciju jedne zvijezde solarne mase na H-R dijagramu od faze prije glavne sekvence do kraja fuzije. Svaka zvijezda svake mase slijedit će drugačiju krivulju, ali potrebno je milijun godina da se plinski oblak koji bi postao naše Sunce smjesti i započne fuziju. (WIKIMEDIA COMMONS KORISNIK SZCZUREQ)

Kako su godine prolazile, fragment plinskog oblaka koji se pretvorio u naš Sunčev sustav nakupio je materiju uglavnom na središnju grudu. Molekule zrače toplinu, dopuštajući ovom oblaku da preraste u naše Sunce, dok gravitacijski kolaps istodobno uzrokuje porast i porast temperature u središtu. U nekom se trenutku postiže kritični prag: temperatura od 4 milijuna K, što je točka u kojoj se pojedini protoni mogu početi stapati u teže elemente kroz proces nuklearne fuzije.

Ovo je trenutak kad se zvijezda službeno smatra živom. Koliko nam je poznato, ovaj trenutak se dogodio prije 4,56 milijardi godina, kada je Svemir bio otprilike 2/3 trećine svog trenutnog doba. U tom trenutku prvi se službeno formirao naš Sunčev sustav.

30 protoplanetarnih diskova, ili propleda, kako ih je Hubble slikao u magli Orion. Hubble je sjajan resurs za prepoznavanje ovih diskovnih potpisa u optičkom svjetlu, ali ima malo snage za ispitivanje unutarnjih značajki tih diskova, čak i s njihovog položaja u prostoru. Mnoge od ovih mladih zvijezda tek su nedavno napustile fazu proto-zvijezda. (NASA / ESA i L. RICCI (ESO))

U posljednjih nekoliko godina napokon smo uspjeli promatrati solarni sustav u tim vrlo ranim fazama formiranja, pronalazeći središnje zvijezde i proto zvijezde obavijene plinom, prašinom i protoplanetarnim diskovima s prazninama u njima. To su sjeme onoga što će postati divovske i stjenovite planete, što vodi do punih solarnih sustava poput našeg. Iako će se većina zvijezda koje čine - uključujući, vrlo vjerojatno i našu - formirati među tisućama drugih u masivnim zvjezdanim grozdovima, postoji nekoliko odmetnika koji se formiraju u relativnoj izolaciji.

20 novih protoplanetarnih diskova, kako ih je oslikala suradnja Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP), pokazujući kako izgledaju novoformirani planetarni sustavi. (S. M. ANDREWS ET AL. I SURADNJA DSHARP, ARXIV: 1812.04040)

Iako nas povijest Svemira može odvojiti od svih naših zvjezdanih i planetarnih braća i maglina koje su se formirale prije nekoliko milijardi godina, razaslavši ih po galaksiji, naša zajednička povijest ostaje. Kad god pronađemo zvijezdu otprilike iste dobi i obilje teških elemenata kao i naše Sunce, ne možemo se ne zapitati: je li to jedan od naših davno izgubljenih braća i sestara? Galaksija ih je vjerojatno puna.

Daljnje čitanje o tome kako je izgledao Svemir kada:

  • Kako je bilo kada se svemir napuhavao?
  • Kako je bilo kad je prvi puk počeo?
  • Kako je bilo kad je svemir bio u najtoplijem trenutku?
  • Kako je bilo kad je svemir stvorio više materije nego antimaterije?
  • Kako je bilo kad je Higgs dao misu Svemiru?
  • Kako je bilo kad smo prvi put pravili protone i neutrone?
  • Kako je bilo kad smo izgubili posljednju antimateriju?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio svoje prve elemente?
  • Kako je bilo kad je Svemir prvi put stvorio atome?
  • Kako je bilo kad u Svemiru nije bilo zvijezda?
  • Kako je bilo kad su prve zvijezde počele osvjetljavati Svemir?
  • Kako je bilo kad su umrle prve zvijezde?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio drugu zvijezdu?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio prve galaksije?
  • Što je bilo kad je zvijezda prvi put probila neutralne atome Svemira?
  • Kako je bilo kad su se formirale prve supermasivne crne rupe?
  • Kako je bilo kad je život u Svemiru prvi put postao moguć?
  • Kako je bilo kad su galaksije tvorile najveći broj zvijezda?
  • Kako je bilo kad su se formirali prvi planeti nastanjeni?
  • Kako je bilo kad se kozmička mreža poprimila u obliku?
  • Kako je bilo kada je Mliječni put poprimio oblik?
  • Kako je bilo kad je tamna energija prvi put preuzela svemir?

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.