Apa yang mendorong pembentukan sudut kecil kita di alam semesta - matahari dan sistem planet kita? Selama beberapa dekade, para ilmuwan berpikir bahwa Tata Surya terbentuk sebagai hasil dari gelombang kejut dari bintang yang meledak — supernova — yang memicu keruntuhan awan gas yang padat dan berdebu, yang kemudian berkontraksi untuk membentuk Matahari dan planet-planet. Tetapi model terperinci dari proses pembentukan ini hanya bekerja di bawah asumsi penyederhanaan bahwa suhu selama peristiwa kekerasan tetap konstan. Itu, tentu saja, sangat tidak mungkin. Tetapi sekarang, ahli astrofisika di Departemen Magnet Terestrial Lembaga Carnegie (DTM) Institusi Carnegie telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa supernova memang bisa memicu pembentukan Tata Surya di bawah kondisi pemanasan dan pendinginan yang lebih cepat. Jadi, apakah temuan-temuan baru ini telah menyelesaikan perdebatan lama ini?
"Kami memiliki bukti kimia dari meteorit yang mengarah ke supernova yang memicu pembentukan Tata Surya kita sejak tahun 1970-an," kata penulis utama, Alan Boss dari Carnegie. "Tapi iblis sudah menjelaskannya. Sampai studi ini, para ilmuwan belum mampu menyusun skenario yang konsisten sendiri, di mana keruntuhan dipicu pada saat yang sama ketika isotop yang baru dibuat dari supernova disuntikkan ke awan yang runtuh. "
Isotop radioaktif berumur pendek — versi unsur dengan jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda — ditemukan dalam meteorit yang sangat tua, membusuk pada skala waktu jutaan tahun dan berubah menjadi unsur yang berbeda (disebut anak perempuan). Menemukan elemen-elemen anak perempuan dalam meteorit primitif menyiratkan bahwa induk radioisotop yang berumur pendek pasti telah diciptakan hanya sejuta tahun sebelum meteorit itu sendiri terbentuk. "Salah satu dari isotop induknya, besi-60, dapat dibuat dalam jumlah yang signifikan hanya dalam tungku nuklir kuat dari bintang masif atau berevolusi," jelas Boss. "Besi-60 meluruh menjadi nikel-60, dan nikel-60 telah ditemukan di meteorit primitif. Jadi kami sudah tahu di mana dan kapan isotop induk dibuat, tetapi tidak bagaimana isotop itu sampai di sini. "
Model sebelumnya oleh Boss dan mantan DTM Fellow Prudence Foster menunjukkan bahwa isotop dapat diendapkan ke awan pra-matahari jika gelombang kejut dari ledakan supernova melambat menjadi 6 hingga 25 mil per detik dan gelombang dan awan memiliki suhu konstan - 440 ° F (10 K). "Model-model itu tidak bekerja jika bahan dipanaskan dengan kompresi dan didinginkan oleh radiasi, dan teka-teki ini telah meninggalkan keraguan serius di masyarakat tentang apakah kejutan supernova memulai peristiwa ini lebih dari empat miliar tahun yang lalu atau tidak," kata Harri Vanhala, yang menemukan hasil negatif pada gelar Ph.D. karya tesis di Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian pada tahun 1997.
Menggunakan kode hidrodinamika penyempurnaan mesh adaptif, FLASH2.5, yang dirancang untuk menangani bidang kejut, serta hukum pendinginan yang ditingkatkan, para peneliti Carnegie mempertimbangkan beberapa situasi yang berbeda. Di semua model, bagian depan kejut menghantam awan pra-matahari dengan massa Matahari kita, yang terdiri dari debu, air, karbon monoksida, dan hidrogen molekuler, mencapai suhu setinggi 1.340 ° F (1000 K). Dengan tidak adanya pendinginan, awan tidak bisa runtuh. Namun, dengan undang-undang pendinginan yang baru, mereka menemukan bahwa setelah 100.000 tahun, awan pra-surya 1.000 kali lebih padat daripada sebelumnya, dan panas dari bagian depan goncangan cepat hilang, sehingga hanya lapisan tipis dengan suhu mendekati 1.340 ° F (1000 K). Setelah 160.000 tahun, pusat cloud telah runtuh menjadi jutaan kali lebih padat, membentuk protosun. Para peneliti menemukan bahwa isotop dari guncangan depan dicampur ke dalam protosun dengan cara yang konsisten dengan asal mereka di supernova.
"Ini adalah pertama kalinya model terperinci untuk supernova yang memicu pembentukan tata surya kita terbukti berhasil," kata Boss. "Kami mulai dengan Bang Kecil 9 miliar tahun setelah Big Bang."
Sumber: Carnegie Institution for Science
