Blogit

Tiedetoimittaja Markus Hotakainen hämmästelee maailmankaikkeutta.

Maailmankaikkeus on metallinen

Blogit Taivaan tähden 25.1.2016 08:21
Markus Hotakainen
Kirjoittaja on tiedetoimittaja ja tietokirjailija.
The ESO 3.6-metre telescope at La Silla, during observations. The Milky Way, our own galaxy, stretches across the picture: it is a disc-shaped structure seen perfectly edge-on. Above the telescope´s dome, here lit by the Moon, and partially hidden behind dark dust clouds, is the yellowish and prominent central bulge of the Milky Way. The whole plane of the galaxy is populated by about a hundred thousand million stars, as well as significant amounts of interstellar gas and dusts. The dust absorbs visible light and reemits it at longer wavelength, appearing totally opaque at our eyes. The ancient Andean civilizations saw in these dark lanes their animal-shaped constellations. By following the dark lane which seems to grow from the centre of the Galaxy toward the top, we find the reddish nebula around Antares (Alpha Scorpii). The Galactic Centre itself lies in the constellation of Sagittarius and reaches its maximum visibility during the austral winter season. The ESO 3.6-metre telescope, inaugurated in 1976, currently operates with the HARPS spectrograph, the most precise exoplanet “hunter” in the world. Located 600 km north of Santiago, at 2400 metres altitude in the outskirts of the Chilean Atacama Desert, La Silla was first ESO site in Chile and the largest observatory of its time. This photograph was taken by ESO Photo Ambassador Serge Brunier. Links ESO Photo Ambassadors webpage.

Linnunradassa on ”metalleja” vain pari prosenttia, loppu on vetyä ja heliumia. Kuva: ESO/S. Brunier

Kosmos syntyi 13,7 miljardia vuotta sitten. Kvanttitason satunnaisten värähtelyjen tuloksena tyhjästä ilmestyi pieni itu, joka lähti laajenemaan. Hetkeä myöhemmin se paisui kuin pullataikina – paitsi monin verroin nopeammin. Maailmankaikkeudessa koettiin ensimmäinen inflaatio.

Kun ultranopea laajeneminen silmänräpäystä myöhemmin tasaantui, pelimerkit oli paiskattu pöytään: näillä korteilla pelataan. Tulevaisuus oli taattu, nyt tarvitsi vain odottaa.

Mielettömän kuuma ja tiheä kosmos oli pelkkää hiukkaspuuroa, läpinäkymätöntä mössöä. Se kuitenkin jäähtyi nopeasti ja 380 000 vuotta myöhemmin kiivaasti sinne tänne singahdelleet elektronit alkoivat sitoutua protoneihin – syntyi atomeja.

Samalla maailmankaikkeus muuttui läpinäkyväksi ja valohiukkaset eli fotonit pääsivät jatkamaan matkaansa esteettä. Nykyisin ne havaitaan koko universumin täyttävänä mikroaaltosäteilynä, kosmisena taustasäteilynä, joka kuiskii kertomusta maailman alkuajoilta.

Atomien valikoima ei ollut järin suuri. Valtaosa – noin 75 prosenttia – oli vetyä, alkuaineista keveintä.  Toiseksi keveintä eli heliumia muodostui noin 25 prosenttia. Yhteenlaskettuna se on noin sata prosenttia, mutta ei ihan. Kolmatta alkuainetta, litiumia, oli alkujaan 0,00000001 prosentin verran.

Siinä kaikki. Tällä piti tulla toimeen.

Onneksi vedyn, heliumin ja mitättömän vähäisen lititumin muodostamasta kaasusta alkoi tiivistyä tähtiä. Niiden sisuksissa käynnisteet fuusioreaktiot tuottivat energian lisäksi keveistä alkuaineista raskaampia, aina rautaan asti.

Ja kun ensimmäiset tähdet lyhyen ja kiivaan elämänsä lopulla räjähtelivät supernovina, näissä pätseissä muodostui vielä rautaakin raskaampaa tavaraa.

Aika isoja asioita tarkastelevat tähtitieteilijät nimittävät kaikkia vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita suurpiirteisesti metalleiksi. Näiden ”metallien” ansiosta me olemme täällä ihmettelemässä omaa alkuperäämme.

Pelkän vedyn ja heliumin avulla on mahdoton rakentaa planeettoja, ehkä äärihöttöisiä kaasupalloja lukuunottamatta. Aurinkokunnassa vedyn ja heliumin jälkeen yleisimmät alkuaineet ovat happi, hiili ja typpi, kaikki keskeisen tärkeitä elämän peruspalikoita.

Niidenkin määrä on kuitenkin vähäinen. Vaikka tähdet ja niiden räjähdykset ovat rikastaneet maailmankaikkeuden alkuainevalikoimaa yli 13 miljardin vuoden ajan, vedyn osuus on edelleen noin 74 prosenttia ja heliumin noin 24. Kummankin suhteellinen osuus on kutistunut siis vain prosenttiyksikön verran.

Vain kaksi prosenttia raskaampia alkuaineita. Kovin metalliseksi maailmankaikkeus ei ole ehtinyt kehittyä, vaikka kaikkia vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita sanotaankin metalleiksi.

Nämä mitättömät metallivarannot ovat kuitenkin tehneet kosmoksesta sellaisen kuin se on. Kaasupilvien ja tähtien lisäksi täällä on planeettoja, sekä suurimmaksi osaksi kaasusta koostuvia että kiinteitä kiviplaneettoja.

Ja ainakin yhdellä näistä vähäisistä metallimääristä koostuvista pienistä kivipalloista on syntynyt elämää, joka perustuu niin ikään maailmankaikkeuden mittakaavassa äärimmäisen harvinaisiin metalleihin.

Ihmeellinen paikka.