Железо-60 от звездного взрыва попадает на Землю уже десятки тысяч лет

Международная исследовательская группа под руководством Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR, Германия) обнаружила, что источником редкого радиоактивного изотопа железа-60, попадающего на Землю в последние десятки тысяч лет, является Местное межзвездное облако, через которое в настоящее время движется Солнечная система. Ученые проанализировали антарктический лед возрастом от 40 до 80 тысяч лет и установили, что изотоп хранился в этом облаке со времен древнего звездного взрыва, а не поступал от недавних сверхновых. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Наша планетарная система прямо сейчас пролетает сквозь область разреженного межзвездного газа и пыли, известную как Местное межзвездное облако (Local Interstellar Cloud, LIC, wikipedia). В этом космическом пространстве, как выяснили ученые, сохранились следы давней космической катастрофы. Речь идет о железе-60, радиоактивном изотопе, который рождается в недрах массивных звезд и выбрасывается при их взрыве.

Ранее геологические данные фиксировали два мощных «залпа» этого изотопа миллионы лет назад, связанных со вспышками сверхновых поблизости. Однако за последние десятки тысяч лет поблизости не происходило звездных взрывов, но железо-60 все равно обнаруживалось, например, в антарктическом снегу возрастом менее двадцати лет. Это породило научную загадку.

Физики из Дрездена во главе с доктором Домиником Коллом предложили смелую гипотезу: железо-60 могло накапливаться в самом Местном межзвездном облаке, которое служит своеобразным резервуаром для продуктов древних взрывов. По мере того как Солнечная система проходит через это облако, Земля, словно гигантский пылесос, собирает этот материал. Чтобы подтвердить идею, команда изучила ледяной керн, полученный Институтом Альфреда Вегенера в рамках проекта EPICA.

Возраст льда был от 40 до 80 тысяч лет, что как раз соответствует периоду, когда наша система, по оценкам, вошла в облако. Ученые также проанализировали морские осадки возрастом до 30 тысяч лет и свежий снег. Сравнение показало удивительную картину: в период 40-80 тысяч лет назад на Землю попадало значительно меньше железа-60, чем в более позднее время и сегодня. Это указывает на то, что либо ранее система находилась в области с меньшей концентрацией изотопа, либо само облако имеет неоднородную структуру с резкими перепадами плотности.

Ключевым достижением стало исключение альтернативных объяснений. Например, сигнал не мог быть постепенным затуханием старого взрыва, произошедшего миллионы лет назад, поскольку концентрация меняется слишком быстро, всего за несколько десятков тысяч лет, что по космическим меркам является мгновением. Это и есть прямое доказательство того, что источником служит именно локальное облако, а не удаленная сверхновая.

Технически задача была колоссальной. Триста килограммов антарктического льда превратили в несколько сотен миллиграммов пыли после долгой химической обработки. Чтобы убедиться, что в процессе не терялось железо-60, исследователи параллельно отслеживали два других изотопа — бериллий-10 и алюминий-26, чьи ожидаемые концентрации во льду известны. Потери одного изотопа неизбежно сказались бы на других, но этого не произошло.

Финальный подсчет атомов железа-60 провели на единственной в мире установке, ускорителе тяжелых ионов HIAF в Австралийском национальном университете. Сложная система электрических и магнитных фильтров отсеивала посторонние атомы, пока из десяти триллионов исходных частиц не остались лишь единичные ядра искомого изотопа. Один из участников проекта, Аннабель Ролофс из Боннского университета, сравнила этот процесс с поиском одной иголки на пятидесяти тысячах футбольных стадионов, забитых сеном до краев.

В результате работа ученых впервые экспериментально доказала, что Местное межзвездное облако, через которое сейчас движется Солнечная система, содержит реликтовый радиоактивный изотоп железа-60 от древнего звездного взрыва. Земля непрерывно накапливает этот материал, а анализ антарктического льда позволил отследить изменение его концентрации за последние десятки тысяч лет. В перспективе ученые планируют изучить еще более древние ледяные керны, чтобы зафиксировать момент входа Солнечной системы в облако и лучше понять происхождение и эволюцию межзвездной среды.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях