Horizontai

Gyvybės elementų kilmė

Niekas neatsiranda be priežasties (Volteras)

Žmogus yra visatos kūrinys ir jos dalis. Jis sudarytas iš tų pačių elementų kaip ir augalai, gyvuliai ir oras, kuriuo kvėpuojame.
Kada ir kaip tie elementai atsirado visatoje? Iš ko visatos evoliucijoje buvo sukurtas žmogus? Apie 10 proc. mūsų kūno svorio sudaro vandenilis, kurio branduoliai nepasikeitė nuo to laiko, kai atsirado tuoj po Didžiojo Sprogimo maždaug prieš 14 milijardų metų. Ir dabar vandenilis yra pagrindinė visatos medžiaga. Apie 60 proc. mūsų kūno svorio sudaro deguonis, apie 20 proc. – anglis ir apie 3-5 proc. – azotas. Šie elementai atsirado visatoje gerokai vėliau po to keisto ir nuostabaus sprogimo – visatos gimimo – branduolinių reakcijų žvaigždėse metu.
Fizika yra fundamentalus mokslas apie pasaulį. Ji duoda atsakymą į kertinius klausimus, be kitų, – ir į visatos gimimą bei gyvybės atsiradimą. Tad pažvelkime, ką fizika atskleidžia mums apie šių svarbiausių gyvybės elementų atsiradimą ir kaip jie pateko į galaktiką, išauginusią žmogų pagal nuostabų Kūrėjo algoritmą.
Pradėkime nuo svarbiausio ir sunkiausio elemento – deguonies, be kurio gyvybė neatsirastų ir nesitęstų ir kurio atsiradimas galbūt geriausiai suprantamas. Dauguma deguonies visatoje atsiranda branduolinių reakcijų metu prieš pat įspūdingą žvaigždžių sprogimą – supernovą. Taip atsitinka žvaigždės gyvenimo pabaigoje, kai jos masė pasidaro aštuonis ar daugiau kartų didesnė už saulės masę. Degant vandenilio kurui žvaigždės gelmėse, energija teka į žvaigždės paviršių. Jei žvaigždės masė, pavyzdžiui, yra 10 kartų didesnė už Saulės masę, ji skleidžia 1 000 kartų didesnę energiją nei saulė. Kai vandenilio kuras baigia degti žvaigždės gelmėse, gravitacijai veikiant ji traukiasi, o jos tankis ir temperatūra didėja. Prasideda kitos branduolinės reakcijos: degant vandeniliui susidaro helis, o besijungdami helio atomai (alfa dalelės) sukuria nestabilų berilį; šis jungdamasis su heliu sukuria anglį. Anglis prisijungdama alfa dalelę sukuria deguonį.
Sunaudojusi helį savo gelmėse, masyvi žvaigždė branduolinei reakcijai ankstesnėse temperatūrose degina prieš tai atsiradusių sunkesnių branduolių kurą, kuris išskiria vis mažiau ir mažiau energijos, nepaisydamas didėjančio tankio ir žvaigždės temperatūros. Kai žvaigždės tankis pasiekia krizinę vertę, vyksta sprogimas. Žvaigždės gelmėse susidaręs deguonis ir anglis šimtų tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu išlekia į kosminę erdvę ir tarnauja kitų žvaigždžių ir planetų susidarymui. Tačiau ir prieš sprogimą deguonis ir anglis sklinda iš žvaigždžių stipraus dujų „vėjo“ pavidalu. Šis „vėjas“ ir teikia tarpžvaigždinei erdvei susintetintus elementus, mažindamas žvaigždės masę ir atverdamas gilesnius žvaigždės sluoksnius su naujesnių branduolinių reakcijų produktais. Pakeliui anglis dar reaguoja su alfa dalelėmis ir virsta deguonimi.
Taigi masyvios žvaigždės yra pagrindinės deguonies ir anglies gamyklos visatoje. O kaip atsiranda azotas, kurio mūsų kūne mažiausiai? Jo ir gamyba sudėtingiausia branduolinėse žvaigždžių gamyklose. Jis gimsta sudėtingoje branduolinių reakcijų grandinėje, kur galiausiai anglis ir deguonis žvaigždės gyvenimo saulėlydyje virsta azotu. Beje, pagrindinės azoto gamyklos visatoje yra vidutinio dydžio žvaigždės, kurių masė yra nuo dviejų iki šešių saulės masių. Tokių žvaigždžių „vėjo“ ir nebulų spektre matyti anglis, deguonis ir azotas. Dabar, supratus branduolinių reakcijų fiziką, kompiuteriniu modeliavimu galima pamatyti šių elementų susidarymą prieš žvaigždės sprogimą ir jo metu.
Tokiu būdu žinome, kad visatoje deguonis atsiranda žvaigždžių gyvenimo pabaigoje ir joms sprogstant. Anglis atsiranda truputį ankstesniame žvaigždžių gyvenimo etape ir paskleidžiama stipraus žvaigždžių vėjo pavidalu į erdvę. Azotas gaminamas daugiausia vidutinės masės žvaigždėse. Dar įdomu būtų sužinoti, kada visatoje susidaro pakankamas šių elementų kiekis gyvybei atsirasti. Žinoma, pirmiausia turi susidaryti tinkamos sąlygos atsirasti planetoms, o jose, be kitų mineralų, geležiai ir siliciui.
Taigi nedidelis kiekis pagrindinių gyvybės statybinių plytų – deguonies, anglies ir azoto – visatoje buvo sukurti maždaug po milijono metų nuo pirmųjų žvaigždžių įsižiebimo. Tiesa, kad pirmiausia buvo šviesa. Todėl galima manyti, kad mes esame archeologinės liekanos branduolinių žvaigždžių reakcijų, kurios prasidėjo ankstyvosiose žvaigždėse prieš 4,6 milijardo metų, kai susidariusi Saulės sistema išplėšė mus iš tarpžvaigždinės erdvės ir apgyvendino Žemėje. Nesame sukurti iš molio, nes molį sudaro kiti elementai. Esame žvaigždžių vaikai! Gal todėl taip malonu žiūrėti į žvaigždėtą dangų.

Prof. Jonas GRIGAS