Hirosima bombáján át rápillanthatunk a fiatal Naprendszerre

A Naprendszer kialakulásának hajnalán, a protoplanetáris köd lassú hűlésekor a legelsőként létrejött szilárd szemcsék kalcium-alumínium zárványokként maradtak fenn. Ezeket meteoritokból ismerjük, a nevüket pedig CAI-nek (Ca-Al Inclusions) rövidítik. E szemcsék a legrégebbi, már a Naprendszerben létrejött anyagok, a kormeghatározás alapján 4,5673 milliárd éve alakultak ki. Időgép híján csak az efféle maradványok segítségével tudjuk tanulmányozni, hogy miféle körülmények is voltak a Naprendszer születésekor.

Egy újonnan, az Earth and Planetary Science Letters folyóiratban közzé tett kutatási eredmény arról számolt be, hogy a hirosimai atomrobbantás során létrejött kőzetüveg olvadékszemcsék minden más földi anyagtól különböznek. A kutatók úgy vélik, egyes tulajdonságaikban a Naprendszer hajnalának körülményeihez lehettek hasonlók az atomrobbantások izzó gombafelhői. Az eredményekről az EOS földtudományi hírportál számolt be.

1945. augusztus 6-án Hirosima városa felett 500 méterrel felrobbant a 16 kilotonnás atombomba olyan tűzgömböt hozott létre, amelyben a hőmérséklet meghaladta a 6000 Celsius-fokot. Miközben a robbanás a város egy részét teljesen elpusztította, ez a hő elpárologtatta azokat az anyagokat, amelyből a város felépült: betont, üveget, fémet egyaránt. Ez a rendkívüli összetételű tűzgömb azután összekeveredett az Ota-folyó vizével és a levegővel is, és közben gyorsan hűlni kezdett. Hűlése közben cseppecskék kondenzálódtak benne, és mindezek a korábban elpárolgott anyagok elvegyülve „esőként” kihulltak a gombafelhőből. Az ekkor létrejött, kalciumban és alumíniumban gazdag kőzetüveg szemcséket mind a mai napig meg lehet találni a város tengerpartján, többek között, amint azt egy 2019-es kutatás feltárta. 

Nathan Asset kozmokémikus és kollégái vizsgálták meg 20 ilyen szemcse elemi- és izotóp-összetételét valamint alakját röntgen spektroszkópia, elektron-mikroszonda és tömegspektrométer segítségével. Különös eredményt kaptak: a hirosimait szemcsékben lévő oxigén és szilícium izotópok arányai minden földi anyagétól eltértek, ehelyett azokhoz a szemcsékhez hasonlítottak, amelyeket a meteoritokban találtak meg, a Naprendszer kialakulása idejéből. A CAI szemcsék és az úgynevezett amőboid olivin szemcsék (AOA) is abban a forró gázködben kondenzálódtak, amiből azután a bolygók is keletkeztek.

A földi folyamatok során az egyes elemek izotópjai – vagyis az eltérő számú neutront tartalmazó változatai – a tömegük alapján elkülönülnek (például a csapadékvízben lévő oxigén könnyebb, mivel a könnyebb oxigénizotópokat tartalmazó vízmolekulák párolognak könnyebben és válnak felhővé először). Azonban a hirosimait szemcséiben az izotópok nem különültek el a tömegük alapján, ez arra utalt, hogy igen különleges körülmények vezettek el a létrejöttükhöz. Ugyanilyen kevert izotóparányokat tapasztalni azokban a szemcsékben is, amelyek a Naprendszer kialakulása hajnalán születtek.

Régi kérdés, hogy vajon a CAI szemcsék minek köszönhetik e kevert izotóparányaikat. Egyes elképzelések szerint egy közeli szupernóva hatása lehetett ez, míg más elképzelések alapján a protoplanetáris ködben lezajló különleges kémiai reakciók felelhetnek érte. A hirosimai szemcsék vizsgálata a második elmélet mellett teszi le a voksot.
Ez persze nem azt jelenti, hogy a hirosimai atomrobbantás során a Naprendszer születését szimuláló folyamatok játszódtak le. Habár mindkét esetben igen magas hőmérsékletek uralkodtak, és részben ugyanazok a kémiai elemek voltak jelen, az atombomba robbanásakor sokkal nagyobb nyomás jött létre, mint amit a Naprendszer hajnalán a világűrben tapasztalni lehetett. Azonban az eltérések ellenére is volt épp elég hasonlóság ahhoz, hogy ugyanazok a reakciók játszódjanak le mindkét folyamatban.

Asset és kollégái most azon dolgoznak, hogy laborkísérletekkel megpróbálják utánozni ezeket a körülményeket, még jobban szeretnék ugyanis feltárni lehetséges a hasonlóságokat a két drámai folyamatban. Ezzel az elméletüket is tovább tesztelhetik majd.