Астрономия Stardust, открита на дъното на океана
Много нови елементи възникват в огнената топка на свръхнова, включително желязо-60. Ако изследователите открият този изотоп на Земята, той трябва да е дошъл от космоса не толкова отдавна.
25 август 2020 г. - 8:08 ч., Томас Бюрке
Берлин/Дрезден Всяка година по земята се стичат няколко хиляди тона космически прах. Повечето от тези малки частици идват от астероиди и комети в нашата слънчева система. Малка част обаче идва при нас от далечни звезди. Той се разкрива чрез съставка, която не съществува на земята: изотопът желязо-60, вариант на елемента желязо. Изследователски екип, ръководен от Антон Валнер от Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), сега успя да проследи такъв звезден прах в дълбоководни утайки. Произходът му е загадка, съобщават те в специализираното списание PNAS.
Мястото е разположено на дълбочина 4200 метра в югоизточния индийски басейн, на около хиляда километра от югозападния край на Австралия. Изследователи са открили желязо-60 в една от тези дълги метри свредла от Антарктическия морски изследователски център по морска геология в Университета на Флорида преди няколко години. Какво прави този изотоп толкова интересен?
Iron-60 е нестабилен и се разпада; на всеки 2,6 милиона години първоначално наличното количество се намалява наполовина. Ако желязо-60 е присъствало, когато земята се е формирала преди 4,6 милиарда години, то е напълно разпаднало и до днес. Няма земни източници. Ако този изотоп бъде открит някъде, сигурно е дошъл от космоса не толкова отдавна. Астрономите познават един източник за това: експлодиращи звезди, известни още като супернови. В огнената топка на свръхнова се създават много нови елементи, включително желязо-60. Тези атоми се прикрепят към малки прахови частици и пътуват върху тях през пространството. Ако в даден момент се сблъскат със земята, те потъват през атмосферата на земята и се отлагат.
Експлозии в млад звезден куп
Екип, ръководен от Гюнтер Коршинек от Техническия университет в Мюнхен, откри Eisen-60 за първи път преди 20 години. Откриха го в мангановите кори в южната част на Тихия океан. Тези дълбоководни находища съдържат много желязо и растат много бавно с няколко милиметра на милион години. Това силно компресира материала. Редки вещества като желязо-60 са концентрирани в малки обеми и по този начин могат да бъдат открити по-лесно. Бавният растеж обаче затруднява датирането на възрастта, тъй като слоевете, отлагани всяка година, са много тънки. Дълбоководните ядра трябва да предоставят по-точна информация, която може да нарасне с няколко милиметра само за хиляда години.
Това доказателство всъщност е постигнато преди четири години. Интересното е, че особено високи концентрации са открити между 1,7 и 3,2 милиона години и между 6,5 и 8,7 милиона години. Точните анализи на Dieter Breitschwerdt и Jenny Feige от Техническия университет в Берлин предполагат, че около 16 супернови са експлодирали една след друга в млад звезден куп и са хвърлили желязо-60 в космоса. Оцелелите членове на звездния куп и днес могат да се видят в съзвездията Скорпион и Кентавър. Облаците от експлозия се разшириха и се сляха в голям газов балон. По това време свръхновите бяха на около 300 светлинни години. Това направи освободените UV и рентгенови лъчи на земната биосфера вероятно не опасни. Експертите очакват сериозни щети само на разстояния, по-малки от 30 светлинни години.
Миналата година изследователите предизвикаха раздвижване с откриването на желязо-60 в Антарктида. За целта те събраха 500 килограма сняг, опаковаха го в кутии и го изпратиха в Германия, където той можеше да бъде анализиран след обширна химическа обработка. Намереното в него желязо-60 обаче не е паднало на земята преди милиони години, а съвсем наскоро, защото събраният сняг не е бил по-стар от 20 години. Изглежда, че идва от свръхнови, които не са много далеч. Изглежда, че нашата планета е била излагана много пъти в миналото на фойерверки от експлодиращи звезди. Въпреки това, без никакви сериозни последици за живота върху него.
Астрономите откриха, че нашата слънчева система се намира в колекция от облаци с горещ газ, наречена Местен междузвезден облак. Това би могло да бъде създадено от свръхнови. Преди около 40 000 години нашата слънчева система навлезе в малък частичен облак с диаметър около 16 светлинни години. След няколко хиляди години ще ги напусне отново. „Ето защо ние сме особено заинтересовани от утайки от по-скорошна дата на формиране, т.е. времето, което съответства на пътуването през междузвездния облак,“ Антон Валнер описва основната идея на най-новата работа. Той ръководи изследователската работа в Австралийския национален университет (ANU) в Канбера и наскоро започна да прави изследвания в HZDR и TU Dresden.
60 грама желязо-60 за 33 000 години
Пътят от сондажната сърцевина до крайния анализ е дълъг и отнема много време, като ключова роля играят Silke Merchel от HZDR и Jenny Feige от TU Berlin. На първо място, те откриха, че горните осем инча от ядрото обхващат последните 33 000 години. Тази област беше разделена на сегменти с дължина пет сантиметра и след това беше измерена. Съдържащите се в него много малко атоми от желязо 60 могат да бъдат открити само с изключително чувствителен ускорителен масспектрометър в Австралийския национален университет. В крайна сметка всички изследвани седименти съдържаха само деветнадесет атома желязо-60 заедно. „Екстраполирано върху цялата повърхност на земята, това означава, че през последните 33 000 години общо само 60 грама желязо-60 от звездния прах са паднали върху цялата земя“, каза Валнър.
Това е по-малко от това, което изследователите са определили за събитието от преди 1,7 до 3,2 милиона години. Така че намереното желязо-60 сега не идва ли от супернова? Много масивните звезди могат да генерират изотопа в по-малки количества дори преди експлозивния си край и да му позволят да бъде изхвърлен в космоса със звезден вятър. Нито една звезда от този вид обаче не е известна в радиус от няколко светлинни години. Поради огромната си осветеност те не могат да избягат от астрономите. Така възниква въпросът откъде идват частиците и как е възникнал междузвездният облак, през който се движи нашата Слънчева система.
Уолнър посочва възможността, която колегите са изтъкнали наскоро: Възможно е „желязото-60, затворено в прахови частици, да е било отразено няколко пъти в междузвездната среда, така че е било изтласкано, така да се каже“, каза Валнър. Това би означавало, че частиците биха пътували в космоса много по-дълго от очакваното. В резултат на това откритото желязо-60 може да дойде от по-стари свръхнови, чиито облаци от експлозия днес вече не могат да бъдат намерени. "Тогава измерваме един вид ехо от тези космически изригвания."
Тази астрономия от дъното на океана предлага на астрофизиците напълно нови прозрения за структурата и развитието на Млечния път.