Астрономія Зоряний пил виявлений на дні океану
У вогняній кулі наднової створюється багато нових елементів, включаючи залізо-60. Якщо дослідники виявили цей ізотоп на Землі, він, мабуть, прийшов з космосу не так давно.
25 серпня 2020 - 08:08, Томас Бюрке
Берлін/Дрезден Щороку на землю стікає кілька тисяч тонн космічного пилу. Більшість цих крихітних частинок походять від астероїдів і комет нашої Сонячної системи. Однак невелика частина приходить до нас від далеких зірок. Він виявляється через інгредієнт, якого не існує на землі: ізотоп залізо-60, варіант елемента залізо. Наразі дослідницькій групі під керівництвом Антона Валнера з Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) вдалося відстежити такий зоряний пил у глибоководних відкладах. Його походження є загадкою, повідомляють вони у спеціалізованому журналі PNAS.
Місце розташування розташоване на глибині 4200 метрів у південно-східному басейні Індії, приблизно в тисячі кілометрів від південно-західної околиці Австралії. Дослідники виявили заліза-60 в одному з цих метрових свердловин Антарктичного морського геологічного дослідницького центру при Університеті штату Флорида кілька років тому. Що робить цей ізотоп таким цікавим?
Залізо-60 нестійке і руйнується; кожні 2,6 мільйона років спочатку доступна кількість зменшується вдвічі. Якщо залізо-60 було при формуванні землі 4,6 мільярда років тому, воно повністю розпалося донині. Земних джерел немає. Якщо цей ізотоп де-небудь виявлено, він, мабуть, прийшов з космосу не так давно. Астрономам відомо одне джерело цього: зірки, що вибухають, також відомі як наднові. Багато нових елементів виникають у вогняній кулі наднової, включаючи залізо-60. Ці атоми прикріплюються до крихітних частинок пилу і подорожують ними по простору. Якщо вони в якийсь момент зіткнуться із землею, вони проникають через атмосферу на землю і осідають.
Вибухи в молодому зоряному скупченні
Команда під керівництвом Гюнтера Корщинека з Мюнхенського технічного університету вперше виявила Айзен-60 20 років тому. Вони знайшли його в марганцевих корах південної частини Тихого океану. Ці глибоководні відклади містять багато заліза і дуже повільно зростають із кількома міліметрами на мільйон років. Це сильно стискає матеріал. Рідкісні речовини, такі як залізо-60, концентруються в невеликих обсягах, і тому їх можна легше виявити. Однак повільне зростання ускладнює датування, оскільки шари, що наносяться щороку, дуже тонкі. Глибоководні ядра повинні надавати більш точну інформацію, яка може зрости на кілька міліметрів всього за тисячу років.
Цей доказ насправді був досягнутий чотири роки тому. Цікаво, що особливо високі концентрації були виявлені між 1,7 та 3,2 мільйонами років тому та між 6,5 та 8,7 мільйонами років тому. Точний аналіз Дітера Брайтшвердта та Дженні Фейге з Технічного університету Берліна припустив, що близько 16 наднових вибухнули одна за одною в молодому зоряному скупченні і викинули залізо-60 у космос. Уцілілих членів зоряного скупчення і сьогодні можна побачити в сузір'ях Скорпіона та Кентавра. Хмари вибуху розширились і злились у великий газовий міхур. На той час до наднових було близько 300 світлових років. Це робило ультрафіолетові та рентгенівські промені земної біосфери, ймовірно, не небезпечними. Експерти очікують серйозної шкоди лише на відстанях менше 30 світлових років.
Минулого року дослідники викликали фурор завдяки відкриттю заліза-60 в Антарктиді. Для цього вони зібрали 500 кілограмів снігу, упакували його в коробки і відвантажили до Німеччини, де його можна було проаналізувати після великої хімічної обробки. Знайдене в ньому залізо-60, однак, не впало на землю мільйони років тому, а лише нещодавно, оскільки зібраний сніг був не старше 20 років. Здавалося, воно також походить від наднових, не дуже далеко. Здається, наша планета в минулому неодноразово зазнавала феєрверків зірок, що вибухають. Однак без серйозних наслідків для життя для нього.
Астрономи виявили, що наша Сонячна система знаходиться в колекції хмар із гарячим газом, яка називається Місцева Міжзоряна Хмара. Це могли створити наднові. Близько 40 000 років тому наша Сонячна система увійшла в невелику часткову хмару діаметром близько 16 світлових років. Через кілька тисяч років воно знову піде. "Ось чому нас особливо цікавлять відкладення більш пізньої дати утворення, тобто часу, який відповідає подорожі міжзоряною хмарою", - описує Антон Вальнер основну ідею останньої роботи. Він керував науково-дослідницькою роботою в Австралійському національному університеті (ANU) в Канберрі, а нещодавно розпочав дослідження в HZDR та TU Dresden.
60 грам заліза-60 за 33000 років
Шлях від свердловини до остаточного аналізу тривалий і дуже трудомісткий, головну роль відіграють Сільке Мерхель з HZDR та Дженні Фейге з TU Berlin. Перш за все, вони виявили, що верхні вісім дюймів ядра охоплювали останні 33000 років. Цю ділянку розділили на п'ять сантиметрових сегментів, а потім виміряли. Дуже мало атомів заліза 60, що містяться в ньому, можна було виявити лише за допомогою надзвичайно чутливого мас-спектрометра прискорювача в Австралійському національному університеті. Зрештою, всі досліджені осади разом містили лише дев'ятнадцять атомів заліза-60. "Екстрапольовано на всю поверхню Землі, це означає, що за останні 33 000 років загалом лише 60 грамів заліза-60 із зоряного пилу впали на всю землю", - говорить Валнер.
Це менше, ніж те, що дослідники визначили для події від 1,7 до 3,2 мільйона років тому. Тож чи не знайдений зараз залізо-60 походить від наднової? Дуже масивні зірки можуть генерувати ізотоп у менших кількостях ще до їх вибухового кінця і дати йому дрейфувати в космос із зоряним вітром. Однак жодна зірка такого роду не відома в радіусі кількох світлових років. Через свою величезну світність вони не можуть уникнути астрономів. Тож виникає питання, звідки беруться частинки і як з’явилася міжзоряна хмара, через яку рухається наша Сонячна система.
Уолнер вказує на можливість, яку нещодавно висловлювали колеги: можливо, "залізо-60, укладене в частинки пилу, кілька разів відбивалось у міжзоряному середовищі, тому його, так би мовити, штовхали", - сказав Вальнер. Це означало б, що частинки рухалися б у космосі набагато довше, ніж очікувалося. В результаті виявлений залізний 60 міг походити від старих наднових, вибухові хмари яких сьогодні вже неможливо знайти. "Тоді ми вимірюємо своєрідний відгомін цих космічних вивержень".
Ця астрономія з дна океану пропонує астрофізикам абсолютно нові уявлення про структуру та розвиток Чумацького Шляху.