W śniegu na Antarktydzie znaleziono ślady rzadkiego izotopu żelaza. Badacze są przekonani, że izotop ten dostał się na ziemię razem z kosmicznym pyłem, który powstał w wyniku eksplozji supernowej miliony lat temu.
Międzynarodowy zespół naukowców analizujący próbki świeżego śniegu na Antarktydzie odkrył w nich obecność rzadkiego izotopu żelaza. Żelazo-60, bo o ten izotop chodzi, jest jednym z wielu radioaktywnych wariantów żelaza. Jego okres półtrwania wynosi 2,6 miliona lat. Naukowcy podejrzewają, że radioaktywny izotop dotarł na Antarktydę w postaci pyłu międzygwiezdnego.
Kosmiczny pył pochodzący z wybuchów supernowych dryfuje przez przestrzeń kosmiczną. Ziemia wraz z całym Układem Słonecznym dostała się w chmurę takiego pyłu, którego część dotarła do powierzchni planety. Odkrycie pyłu i jego analizy mogą dostarczyć nam kluczowych informacji o historii gwiezdnych wybuchów w naszym galaktycznym sąsiedztwie.
Kosmiczny pył znaleziony w antarktycznym śniegu prawdopodobnie powstał w odległej supernowej miliony lat temu. Znalezione w nim żelazo-60 powstaje w niektórych procesach jądrowych i jest zwykle uwalniane przez supernowe. Występuje bardzo rzadko na Ziemi. Podróż międzygwiezdna pyłu ostatecznie przyniosła materiał na Ziemię.
Jednak badacze znajdowali już wcześniej ten izotop w osadach głębinowych i skamieniałych szczątkach bakterii. To sugeruje, że jedna lub więcej supernowych wybuchło w pobliżu Ziemi między 3,2 a 1,7 miliona lat temu.
W badaniu opisanym w „Physical Review Letters” naukowcy chcieli sprawdzić, czy na naszej planecie można znaleźć stosunkowo świeże ślady żelaza-60.
Antarktyda jest doskonałym miejscem do poszukiwania kosmicznych pyłów, ponieważ jest to jeden z najbardziej dziewiczych regionów na Ziemi, dzięki czemu łatwiej jest znaleźć izotopy, które nie powstały na naszej planecie. W swoich poszukiwaniach uczeni przeanalizowali pół tony śniegu powierzchniowego, który zgromadził się w wysoko położonym regionie Antarktydy w pobliżu niemieckiej stacji Kohnen.
Zamrożony śnieg został przesłany do laboratorium w Monachium, gdzie został stopiony i przefiltrowany w celu odizolowania cząstek pyłu, które mogą zawierać ślady materiału z kosmosu. Tak spreparowany materiał został następnie poddany badaniu spektrometrii mas. Wówczas to uczeni wykryli rzadki izotop żelaza-60 - relikt starożytnej supernowej. Badacze stwierdzili, że zebrana warstwa śniegu spada w ciągu ostatnich 20 lat, zatem kosmiczny pył także w tym okresie musiał dostać się na Ziemię.
- Byłem osobiście bardzo zaskoczony. To, że może tam pojawić się żelazo-60 to była tylko hipoteza, a jeszcze bardziej niepewne było, czy sygnał będzie wystarczająco silny, aby został wykryty - powiedział Dominik Koll z Australian National University. - To był bardzo radosny moment, kiedy zobaczyłem, że w danych pojawiły się sygnatury żelaza-60 – dodał.
Układ Słoneczny dryfuje obecnie przez tzw. Lokalny Obłok Międzygwiazdowy o rozmiarach około 30 lat świetlnych. Pozostaniemy w nim jeszcze przez jakieś 10-20 tysięcy lat. Obłok zawiera kilka chmur pyłu międzygwiezdnego. To zakurzone miejsce bogate w cząstki wydalone przez supernowe. Część z nich dostaje się na naszą planetę.
Ilustracja sąsiedztwa Słońca i pobliskich obłoków pyłów. Niebieskie strzałki to kierunki ruchu. Fot. NASA/Goddard/Adler/U. Chicago/Wesleyan, translation: Szczureq
Aby dowiedzieć się, czy kosmiczny pył pochodzi z odległej supernowej, naukowcy musieli najpierw sprawdzić, czy nie pochodzi czasem z naszego Układu Słonecznego. Napromieniowany pył zrzucany przez planety i inne ciała niebieskie może niekiedy zawierać żelazo-60, ale ekspozycja na promieniowanie kosmiczne tworzy również inny izotop: mangan-53. Naukowcy porównali proporcje żelaza-60 i manganu-53 w próbkach z Antarktydy i stwierdzili, że ilość manganu była znacznie mniejsza niż byłaby, gdyby pył był lokalny.
Skąd naukowcy wiedzieli, że żelazo-60 w antarktycznym śniegu nie pochodzi z Ziemi? Ten izotop żelaza mógł być obecny na Ziemi we wczesnej historii planety, jednak już dawno temu rozpadł się. Z kolei testy broni jądrowej mogły wytworzyć i rozproszyć żelazo-60 na całej planecie, ale obliczenia wykazały, że ilość izotopu wytwarzanego w takich testach byłaby znacznie niższa niż ilość żelaza-60 znaleziona w śniegu Antarktydy.
Izotop ten jest również produkowany w reaktorach jądrowych, ale jego ilość wytwarzana przez reaktory jest nieznaczna. Nawet poważne wypadki jądrowe, takie jak katastrofa elektrowni jądrowej w Fukushimie w 2011 roku, nie wprowadziły żelaza-60 do środowiska w mierzalnych ilościach.
Im więcej wiemy o czasie i lokalizacji wybuchów supernowych w naszym kosmicznym sąsiedztwie, tym lepiej rozumiemy Wszechświat wokół nas. Te i podobne badania mogą nam powiedzieć nieco więcej na temat najnowszej historii naszego otoczenia w galaktyce oraz o życiu i śmierci masywnych gwiazd.
Źródło: Live Science, Science Alert. Na zdjęciu niemiecka stacja polarna Kohnen.
