Ние сме тук, защото звездите са умирали: От какво е изградено човешкото тяло

И зключително популярната концепция, че всички сме направени от звезден прах, не е съвсем погрешна, но може би е по-правилно да се каже „звездни неща“.

Карл Сейгън каза: „Космосът е вътре в нас. Ние сме направени от звездни неща. Ние сме начинът, по който Вселената опознава себе си.“ Това е цитат, толкова невероятно добър, че те кара да останеш буден през нощта, за да го осмислиш и приемеш. Но, нека се съсредоточим по-специално върху две думи: звездни неща. Сейгън всъщност не каза звезден прах. Звездни неща може да е по-неясно описание, но в известен смисъл е по-точното. Предстои да разберем защо.

"We are made of stardust"

New project for @friendtech key holders,https://t.co/Bp0aj2UodK https://t.co/oDCZYZNawR pic.twitter.com/PsHlOPUwdo

— Omg_visuals 💫🌌 (@omg_visuals) September 30, 2023

От една страна, лесно можете да оспорите твърдението, че сме направени от звезден прах. Приблизително 99 процента от човешкото тяло е изградено само от шест елемента - кислород, въглерод, водород, азот, калций и фосфор. Около 65 процента от масата ни е от кислород, 18,5 процента от въглерод. Водородът съставлява 90 процента от всички атоми и е единственият елемент в човешкото тяло, който не идва от звездни процеси или събития.

Да се създаде човек от нулата
За да открием произхода на водорода, трябва да започнем от самото начало на Вселената. В рамките на няколко минути след Големия взрив, космосът преживял нуклеосинтеза. Цялата видима Вселена няколко минути след Големия взрив е била сравнително малка. Ако приемем за неин център Слънцето, то тя не се е простирала много по-далеч от най-близките ни звездни системи. Това ѝ състояние е наречено кварк-глуонна плазма. Кварките са частиците, които изграждат протоните и неутроните - частиците в центъра на атомните ядра, а глуоните ги карат да се слепват.

Вселената била подложена на огромно разширяване и с увеличаването си станала по-хладна или поне достатъчно студена, за да се появят протони и неутрони. Водородът в най-простата си форма е само един протон, така че когато протоните са се появили от кварк-глуонната плазма, се е получил и водородът.

По-рядко срещаната форма на водорода се нарича деутерий, който има един протон и един неутрон и това в крайна сметка се слива в хелий (два протона и два неутрона) и малко количество други елементи, но нищо толкова тежко като въглерода (в най-често срещаната си форма е от шест протона и шест неутрона). В онзи момент Вселената се състояла от 75 процента водород и 25 процента хелий (плюс следи от други елементи).

За да бъде образуван въглерода и всичко по-тежко, ще е нужен друг източник на нуклеосинтеза: звездите. Звездите създават по-тежки елементи от водорода и хелия чрез ядрен синтез. Първо водородът се превръща в хелий, след това хелият във въглерод и кислород и след това в по-тежки елементи, ако звездата е достатъчно масивна.

Когато стигнат до желязото, системата се разваля. Необходима е повече енергия, за да стопите желязото, отколкото да го получите. Без производство на енергия звездата се свива в себе си в имплозия, създавайки повече елементи в процеса и разпространявайки тези елементи из Вселената, докато експлодира в свръхнова.

Този бурен край носи и бурна наслада

Някои елементи се произвеждат при експлозията на белите джуджета. Белите джуджета са звезди, които не са били достатъчно масивни, за да се превърнат в супернова сами по себе си, така че колабиралото им ядро в крайна сметка се разкрива. Но ако имат спътник, може да си „откраднат“ достатъчно материал, за да преминат критичния праг и да се развихрят в процеса на създаване на нови елементи. Част от калция в костите ни и желязото в кръвта са дошли от смъртта на тези звезди.

The wildly popular concept that we are all made of stardust is not exactly wrong, but it may be more correct to say "star stuff".https://t.co/l0iQgsXcKr

— IFLScience (@IFLScience) October 2, 2023

Последният процес, който формира по-тежките природни елементи в периодичната таблица, е сблъсъкът на неутронни звезди. Това е единственият начин да се случи бързо улавяне на неутрони, известно още като r-процес. Това е поредица от ядрени реакции, които създават половината елементи по-тежки от желязото. Заради този процес съществуват златото и платината, но също и елементи от фундаментално значение за човешката физиология – йод. Не е много, но е ключов елемент за нашия метаболизъм.

Така че, за да бъде сътворен един човек, има нужда от всичко това. Не става дума само за Големия взрив, нито само за звездите и сливащи се елементи, за да ни има сме имали нужда от тяхната еволюция и евентуална смърт, особено от най-драматичните и експлозивни процеси. Имаме нужда от големи и малки звезди. Може би дори от най-големите звезди, които някога са съществували, обекти с маса до 10 000 пъти по-голяма от тази на нашето Слънце, които са живели само 2 милиона години в самата зора на формирането на звездите във Вселената.

Имайки предвид всичко това, е съвсем очевидно, че сме направени от звездни неща. Ние сме тук, защото звездите са умирали. Но въпросът, който разглеждаме, е малко по-различен: направени ли сме от звезден прах? Отговорът е отчасти, да. И сега това може да е моментът, в който можем да се объркаме.

Прах при прахта, пепел при пепелта

Звезден прах, космически прах, извънземен прах - както и да го наречете, Вселената е осеяна с него. Но не е като земния прах. Първо, обикновено е много по-фин, между консистенцията на дим и структури, изградени само от шепа молекули. Най-големите структури са микрометеороиди с диаметър около 100 микрона (около 0,1 милиметра). И тук стигаме до проблема: звездният прах има много специфично значение в астрофизиката.

Това наистина е прах, създаден от звездите, но не целият прах идва от там. Първо, интересно е да се знае, че някои звезди са създали молекули, дори някои сложни базирани на въглерод. Звездите произвеждат тези молекули и след това ги изхвърлят в космоса. Някои въглеродни молекули може в крайна сметка да и да стигнат до планетите, където да бъдат използвани като градивни елементи на живите същества.

Така че виждате, ние сме звезден прах, но само отчасти. Общата оценка за това колко звезди пряко допринасят за целия прах във Вселената е около 6 процента. Това може да изглежда като разочароващо число, но съвсем не е така. Да бъдем придирчиви към въпроса „направени ли сме от звезден прах?“ ни позволява да оценим по-добре всички източници, които в крайна сметка са създали нашата планета, а след време и нас.

Космическият прах се създава близо до звездите, тъй като те губят външните слоеве на атмосферата си. Създава се в изхвърления материал на новите, ефимерното състояние, в което астрономите наблюдават внезапното изсветляване на белите джуджета, които крадат материал от спътникова звезда. И разбира се, когато свръхновите експлодират, също се образува прах по време на тези катаклизмични събития.

От звездите до нашите тела

След това прахът попада в междузвездната среда, материята, която съществува в пространството между звездите. Тук прахът може да бъде унищожен и възстановен, може да се превърне в нещо ново. Междузвездната среда е изпълнена със сложни молекули като полициклични ароматни въглеводороди, прекурсорни молекули на важни органични вещества като аминокиселини, градивните елементи на протеините. Еволюцията на тези прахови зърна се случва не само когато звездите умират или са умрели, но и при тяхното раждане.

We are all made of #Stardust... dare to imagine the grandness of it all!

.#Nature #SaturdayVibes #imagination #awareness #consciousness #awakening #ThinkBIGSundayWithMarsha pic.twitter.com/GjQp9Rjz0g

— Allan Beveridge (@TheTwinPowers) October 1, 2023

Интензивната енергия от протозвездната фаза може да създаде реакция в облака от газ и прах, който заобикаля новопоявилата се звезда. Тези процеси в крайна сметка ще накарат зрънцата прах да взаимодействат с други, да се натрупват в камъчета и от камъчета да се образуват планети - е, това е само кратко описание на тези сложни космически процеси. Всичко около нас идва от звездите. Ние сме продукт на тези космически взаимодействия.

Но има молекула, която все още не сме разгледали, не точно звезден прах, а „съсед“ на звездния прах (понякога буквално прикрепена към него): водата. Водният лед е страничен продукт от образуването на звезди и е най-често срещаният твърд материал във Вселената.

Водата в нашите реки, океани, напитки и тела се е образувала много преди Слънчевата система в по-хладните части на междузвездното пространство, където може да кондензира. Но водната пара може да се образува и в хладни звезди, които имат температура по-ниска от стойността, която причинява разделянето на водните молекули. Така че сред този прах, отделен от звездите, има и вода. Вода, която в крайна сметка е намерила пътя си до Земята и до нас.

Неща са по-добрият вариант от праха

Ние сме безнадеждно романтичен вид. „Звезден прах“ за нас има конотации на нещо искрящо и магическо, като приказен прах, като космическа магия, което го прави малко по-специален. „Звездните неща“ са по-фактически и по-малко дефинирани, но обхващат всички нюанси на звездните процеси, които пряко или косвено са ни създали.

Може би „нещата“ имат по-малко магически конотации, но песъчинките им имат доста повече сила. Звездите са изгорели, за да ни създадат, станали са гиганти и са се превърнали в супернова. Най-плътните звезди във Вселената са се слели, за да създадат нашите частици, а молекулите, които ни изграждат, са се образували в горящи атмосфери и ледени междузвездни облаци. Ние сме звездни мозайки от елементи и молекули, образувани в огромно разнообразие от космически процеси. Но сме нещо повече от прах или неща, ние сме сбор от невероятни процеси, събрани в това, което наричаме човешко същество.