Ученые обнаружили звездную пыль в антарктическом снегу

Исследователи проанализировали Антарктический снег, растопили его и просеяли оставшиеся частицы. Их анализ привел к удивлению: в снегу содержалось значительное количество железа, которое не появляется на Земле естественным путем.

Другая группа ученых ранее обнаружила тот же редкий изотоп железа в земной коре. Называемый железом-60, он имеет на четыре нейтрона больше, чем самая распространенная форма элемента на Земле. Но железо-60 в земной коре, вероятно, осело на поверхности Земли миллионы лет назад, в отличие от того, что было найдено в снегу в Антарктиде, который скопился за последние два десятилетия.

Космические объекты в диапазоне от пылинок до метеоров регулярно падают на Землю, но они, как правило, состоят из тех же материалов, что и наша планета, поскольку все в солнечной системе, включая само Солнце, «собрано» из одних и тех же строительных блоков миллиарды лет назад.

Поскольку железо-60 не относится к числу таких распространенных материалов, оно, должно быть, прибыло откуда-то из-за пределов Солнечной системы.

«Межзвездный метеор — очень редкое явление. Однако, чем меньше размер объекта, тем больше его в изобилии», — говорят ученые. Частицы пыли должны часто падать на поверхность Земли, но выделение их из множества других частиц является сложной задачей.

Но на Южном полюсе исследователи должны учитывать возможные земные источники изотопов, такие как ядерные электростанции и испытания ядерного оружия. Исследователи подсчитали, сколько железа-60 может быть произведено ядерными реакторами, испытаниями и авариями, такими как катастрофа 2011 года на Фукусиме, и получили лишь незначительное количество.

Изучая дополнительные изотопы, такие как марганец-53, они также исключили какой-либо значительный вклад космических лучей, которые генерируют железо-60 при взаимодействии с пылью и метеоритами. То количество, что осталось, было в сотни раз больше железного изотопа, чем исследователи ожидали увидеть.

Исследователи сосредоточились на железе-60, потому что оно весьма редкое, но и не слишком редкое, и имеет длительный срок жизни с периодом полураспада 2,6 миллиона лет. Многие другие изотопы, которые могли прибыть из межзвездных падающих камней, настолько нестабильны, с такими короткими периодами полураспада, что ученые никак не могут найти их обнаружить до того, как они распадутся и исчезнут.

Звезды выбрасывают множество крошечных частиц в течение своей жизни, в дополнение к свету и теплу. Но когда звезды моложе, они обычно выбрасывают более легкие металлы, такие как углерод и кислород. (астрономы склонны называть все, что тяжелее гелия, «металлом».)

Старение, массивные звезды и взрывы сверхновых определенных типов, потратившие многие тысячелетия, превращая большие ядра в еще более крупные, могут выбрасывать частицы более тяжелых металлов, в том числе железо-60 и его стабильного родственника, железо-56. Железо, как правило, является последним элементом, который звезда может производить, все еще генерируя энергию, и после последних жизненных циклов она взрывается.

Однако изотопы железа могут образовывать только звезды, в десятки раз более массивные, чем наше Солнце, а это означает, что железо-60, обнаруженное в Антарктиде, произошло из-за пределов Солнечной системы.

Это означает, что наша планета, вероятно, собирала частицы, путешествуя через Местное Межзвездное Облако. Эта область протяженностью 30 световых лет, через которую в настоящее время проходит солнечная система и собирается вот-вот выйти, вероятно, образовалась в результате взрыва массивных звезд, выбрасывающих горячие газы из их внешних слоев в космос.

Однако в окрестностях нашей звезды нет сверхновых, что затрудняет определение, откуда взялась обогащенная изотопами пыль. Ученые надеются, что ледяные керны, которые содержат более старую пыль, могут добавить больше данных к этой истории. Такие исследования позволили бы изучить прошлое и могли бы более точно определить, когда эта чужеродная пыль начала распространяться по нашей планете.

Dominik Koll et al, Interstellar Fe60 in Antarctica, Physical Review Letters(2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.072701