Nowe badania chemiczne pokazują, że skała o nazwie Hypatia z egipskiej pustyni może być pierwszym fizycznym dowodem eksplozji supernowej typu Ia znalezionej na Ziemi. Te rzadkie supernowe należą do najbardziej energetycznych zdarzeń we wszechświecie.

Taki jest wniosek z nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Icarus przez Jana Kramersa, Georgy'ego Belyanina, Hartmuta Winklera z Uniwersytetu w Johannesburgu (UJ) i innych. Od 2013 roku Belyanin i Kramers odkryli szereg bardzo niezwykłych sygnatur chemicznych w małym fragmencie Kamienia Hypatian.

W nowym badaniu wykluczyli „kosmicznych podejrzanych” o pochodzenie kamienia w żmudnym procesie. Ułożyli oś czasu sięgającą wczesnych etapów formowania się Ziemi, Słońca i innych planet w naszym Układzie Słonecznym. Ich hipoteza dotycząca pochodzenia Hypatii zaczyna się od gwiazdy - czerwonego olbrzym. który zmienił się w białego karła. Zapadnięcie się gwiazdy musiało mieć miejsce wewnątrz gigantycznego obłoku pyłu, zwanego mgławicą.

Biały karzeł znalazł się w układzie podwójnym z drugą gwiazdą. Biały karzeł ostatecznie „zjadł” drugą gwiazdę i w pewnym momencie eksplodował jako supernowa typu Ia wewnątrz chmury pyłu. Po ochłodzeniu atomy gazu pozostałe po wybuchu supernowej Ia zaczęły przyklejać się do cząstek w chmurze pyłu.

Ogromny „bąbel” supernowej składający się z tej mieszaniny atomów pyłu i gazu nigdy nie wchodził w interakcje z innymi obłokami pyłu. Minęły miliony lat, aż w końcu pył uformował się w ciało macierzyste Hypatii i zmienił się w litą skałę we wczesnych stadiach formowania się naszego Układu Słonecznego.

Proces ten prawdopodobnie miał miejsce w zimnym, spokojnym zewnętrznym Układzie Słonecznym – w obłoku Oorta lub w pasie Kuipera. W pewnym momencie macierzysta skała Hypatii zaczęła przesuwać się w kierunku Ziemi. Ciepło ponownego wejścia w atmosferę ziemską w południowo-zachodnim Egipcie, co spowodowało powstanie mikrodiamentów i zniszczenie skały macierzystej. Kamień z Hypatii, znaleziony na pustyni, musi być jednym z wielu fragmentów oryginalnego ciała niebieskiego, któe zderzyło się z Ziemią.

Jeśli ta hipoteza jest poprawna, to kamień z Hypatii byłby pierwszym materialnym dowodem na eksplozję supernowej typu Ia na Ziemi. Aby ułożyć chronologię tego, jak Hypatia mogła się uformować, naukowcy zastosowali kilka metod analizy dziwnej skały.

W 2013 roku badanie izotopów argonu wykazało, że skała nie powstała na Ziemi. Musiał być pochodzenia pozaziemskiego. Przeprowadzone w 2015 roku badanie gazów obojętnych we fragmencie wykazało, że nie może on należeć do żadnego ze znanych typów meteorytów czy komet.

W 2018 roku zespół UJ opublikował wyniki różnych analiz, które obejmowały odkrycie minerału, jakim jest fosforek niklu, niespotykanego wcześniej w żadnym obiekcie w naszym Układzie Słonecznym.  Potem naukowcy chcieli zobaczyć, czy w kamieniu jest jakaś spójna struktura chemiczna. Odkryto zaskakująco niskie poziomy krzemu w kamiennych fragmentach z Hypatii. Zawartość krzemu wraz z chromem i manganem była mniejsza niż 1%, czego można by się spodziewać po czymś, co powstało w naszym wewnętrznym Układzie Słonecznym.

Ponadto zauważalna i anomalna była wysoka zawartość żelaza, siarki, fosforu, miedzi i wanadu. Dowodzi to, że Hypatia nie powstała na Ziemi, nie była częścią żadnego znanego typu komety czy meteorytu i nie powstała ze zwykłego pyłu w wewnętrznym Układzie Słonecznym ani ze zwykłego pyłu międzygwiezdnego.

Kolejnym najprostszym wyjaśnieniem koncentracji pierwiastków w Hypatii może być czerwony olbrzym. Czerwone olbrzymy często występują we wszechświecie. Ale dane z wiązki protonów wykluczają również odpływ masy z gigantycznej gwiazdy. Hypatia ma za dużo żelaza, za mało krzemu i za mało ciężkich pierwiastków cięższych od żelaza.

Kolejnym „podejrzanym” była supernowa typu II. Supernowe typu II wytwarzają dużo żelaza. Są również stosunkowo powszechnym rodzajem supernowych. Jednak było bardzo mało prawdopodobne, aby supernowa typu II była źródłem dziwnych minerałów, takich jak fosforek niklu w kamyku. Ponadto Hypatia miała za dużo żelaza w porównaniu z krzemem i wapniem.

Rzadszy typ supernowej również wytwarza dużo żelaza. Supernowe typu Ia zdarzają się tylko raz lub dwa razy w galaktyce na stulecie. Ale produkują większość żelaza (Fe) we wszechświecie. Większość stali na Ziemi była kiedyś pierwiastkiem żelaza stworzonym przez supernowe Ia. Ponadto nauka twierdzi, że niektóre supernowe typu Ia pozostawiają po sobie bardzo charakterystyczne ślady. Wynika to ze sposobu ułożenia po niektórych supernowych Ia.

Po pierwsze, czerwony olbrzym pod koniec swojego życia zapada się w bardzo gęstego białego karła. Białe karły są zazwyczaj niewiarygodnie stabilne przez bardzo długi czas i jest mało prawdopodobne, aby eksplodowały. Istnieją jednak wyjątki. Biały karzeł może zacząć „wyciągać” materię z innej gwiazdy w układzie podwójnym. Ostatecznie biały karzeł staje się tak ciężki, gorący i niestabilny, że eksploduje jako supernowa Ia.

Fuzja jądrowa podczas wybuchu supernowej Ia powinna stworzyć bardzo niezwykłe wzorce koncentracji pierwiastków, zgodnie z przewidywaniami przyjętych naukowych modeli teoretycznych. Ponadto biały karzeł, który eksploduje jako supernowa Ia, nie tylko rozpada się na kawałki, ale dosłownie rozpada się na atomy. Materia supernowej Ia wchodzi w przestrzeń kosmiczną w postaci atomów gazu.

Jeśli ta hipoteza jest poprawna, to kamień Hypatii byłby pierwszym fizycznym dowodem na Ziemi eksplozji supernowej typu Ia, jednego z najbardziej energetycznych wydarzeń we wszechświecie.