Czujesz? Ziemia właśnie przelatuje przez szczątki dawnej supernowej
Ziemia przemieszcza się przez obłok starożytnych gwiezdnych szczątków, pozostawiony przez dawno eksplodującą gwiazdę. Dowody na to znaleziono podczas badań lodu antarktycznego, który uformował się dziesiątki tysięcy lat temu. Naukowcy wykryli w nim ślady żelaza-60, rzadkiej radioaktywnej formy żelaza powstającej podczas eksplozji supernowych.
Ziemia po cichu zbiera radioaktywne odłamki z dawnej eksplozji gwiezdnej, a nasz Układ Słoneczny dryfuje przez gigantyczną chmurę gazu i pyłu między gwiazdami. Naukowcy analizujący lód antarktyczny mający nawet 80 000 lat odkryli ślady żelaza-60, rzadkiego izotopu powstałego w wyniku eksplozji supernowych i znaleźli dowody na to, że ten kosmiczny popiół zalegał w Lokalnym Obłoku Międzygwiazdowym od wieków.
Odkrycie sugeruje, że chmura otaczająca nasz Układ Słoneczny została ukształtowana przez dawno eksplodującą gwiazdę, oferując badaczom nowy sposób badania naszego galaktycznego sąsiedztwa.
Wyniki tych niezwykłych badań opublikowano właśnie w prestiżowym magazynie Physical Review Letters. Jest to efekt pracy międzynarodowych naukowców pod kierownictwem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), laboratorium badawczego z siedzibą w Dreźnie.
Ziemia jest statkiem, który zbiera pył z gwiazd
Żelazo-60 powstaje głęboko w masywnych gwiazdach i jest uwalniane w przestrzeń kosmiczną, gdy gwiazdy te eksplodują jako supernowe. Wcześniejsze badania dostarczyły dowodów na to, że Ziemia była narażona na działanie żelaza-60 w wyniku eksplozji pobliskich supernowych miliony lat temu. Nie są jednak znane żadne niedawne eksplozje gwiazd w pobliżu Ziemi, co stanowiło zagadkę pochodzenia żelaza-60 odkrytego kilka lat temu w stosunkowo młodym śniegu Antarktydy.
Naszym założeniem było, że Lokalny Obłok Międzygwiazdowy zawiera żelazo-60 i może je magazynować przez długi czas. Gdy Układ Słoneczny przemieszcza się przez obłok, Ziemia może gromadzić ten materiał. Jednak wówczas nie mogliśmy tego udowodnić - wyjaśnia dr Dominik Koll z Instytutu Fizyki Wiązek Jonowych i Badań Materiałowych w HZDR.
Aby zbadać to dokładniej, Koll i prof. Anton Wallner przebadali w ostatnich latach kolejne próbki geologiczne, w tym osady głębinowe sprzed nawet 30 000 lat. Próbki te również zawierały żelazo-60.
Nowo przeanalizowane próbki lodu antarktycznego są znacznie starsze i datowane na 40 000–80 000 lat. Zdaniem zespołu, wyniki zdecydowanie wskazują na Lokalny Obłok Międzygwiazdowy jako źródło materiału radioaktywnego.
Oznacza to, że chmury otaczające Układ Słoneczny są powiązane z eksplozją gwiazdy. I po raz pierwszy daje nam to możliwość zbadania pochodzenia tych chmur – mówi Koll.
Układ Słoneczny podróżujący przez obłok międzygwiazdowy
Naukowcy uważają, że Układ Słoneczny wszedł do Lokalnego Obłoku Międzygwiazdowego kilkadziesiąt tysięcy lat temu, że opuści go w ciągu najbliższych kilku tysięcy lat. Badacze twierdzą, że Układ Słoneczny znajduje się obecnie w pobliżu zewnętrznej krawędzi obłoku.
W ramach badania zespół skupił się na rdzeniu lodowym pochodzącym z okresu, w którym Układ Słoneczny mógł wejść w obłok. Kiedy naukowcy porównali wyniki badań rdzeni lodowych z wcześniejszymi pomiarami śniegu i osadów głębinowych, odkryli, że w okresie od 40 000 do 80 000 lat temu na Ziemię dotarło mniej żelaza-60 niż obecnie.
Sugeruje to, że wcześniej znajdowaliśmy się w ośrodku o niższej zawartości żelaza-60 lub że sama chmura charakteryzuje się dużymi wahaniami gęstości – wyjaśnia Koll.
Zespół odkrył, że sygnał żelaza-60 zmienia się znacząco w okresach zaledwie dziesiątek tysięcy lat, co jest stosunkowo szybkim tempem w kosmicznych skalach czasowych. Pomogło to badaczom wykluczyć konkurencyjne teorie, w tym hipotezę, że materiał pochodził ze starszych eksplozji supernowych, które stopniowo zanikały przez miliony lat.
Więcej na Spider's Web:
Wykrywanie garści atomów
Aby przeprowadzić badanie, naukowcy przetransportowali około 300 kg lodu antarktycznego do Drezna w celu poddania go obróbce chemicznej. Po intensywnym przygotowaniu pozostało zaledwie kilkaset miligramów pyłu.
Następnie naukowcy ostrożnie oddzielili żelazo-60, starając się jednocześnie nie stracić żadnego materiału w trakcie procesu.
W laboratorium spektrometrii masowej DREsden Accelerator Mass Spectrometry (DREAMS) w HZDR zespół przetestował przygotowane próbki przy użyciu dwóch dodatkowych izotopów radioaktywnych: berylu-10 i glinu-26. Ponieważ oczekiwane poziomy tych izotopów w lodzie antarktycznym są już dobrze poznane, naukowcy mogli potwierdzić, że podczas przygotowywania nie doszło do utraty żelaza-60.
Do ostatecznych pomiarów naukowcy wykorzystali akcelerator jonów ciężkich (HIAF) na Australijskim Uniwersytecie Narodowym, który jest obecnie jedynym na świecie ośrodkiem zdolnym do wykrywania tak ekstremalnie małych ilości żelaza-60. Używając filtrów elektrycznych i magnetycznych, urządzenie rozdzielało atomy według masy, aż z pierwotnej próbki zawierającej 10 bilionów atomów pozostało tylko kilka atomów żelaza-60.
To jak szukanie igły w 50 000 stadionach piłkarskich wypełnionych po dachy sianem. Maszyna znajduje igłę w godzinę – wyjaśnia Annabel Rolofs z Uniwersytetu w Bonn.
Lokalny Obłok Międzygwiazdowy
Lokalny Obłok Międzygwiazdowy to ogromny, bardzo rozrzedzony obłok gazu i pyłu w przestrzeni międzygwiazdowej, przez który obecnie przelatuje Układ Słoneczny. Słońce nie leci przez pustkę, tylko przez delikatną mgłę materii międzygwiazdowej. Ta mgła jest tak rzadka, że w ziemskich warunkach byłaby niemal idealną próżnią, ale w skali kosmicznej ma znaczenie.
Lokalny Obłok Międzygwiazdowy jest częścią większej struktury zwanej Lokalnym Bąblem. To obszar wokół Słońca wypełniony bardzo gorącym i rozrzedzonym gazem, prawdopodobnie wyrzeźbiony przez dawne wybuchy supernowych. Wewnątrz tego bąbla znajdują się chłodniejsze, gęstsze fragmenty materii, jednym z nich jest właśnie Lokalny Obłok Międzygwiazdowy.
Temperatura gazu w tym obłoku wynosi około 7000 kelwinów (6726,85 stopni Celsjusza), czyli podobnie jak temperatura powierzchni Słońca, ale nie należy sobie tego wyobrażać jak gorącego powietrza. Materii jest tam ekstremalnie mało. Średnio ułamki atomu na centymetr sześcienny. Dla porównania, w jednym centymetrze sześciennym powietrza na Ziemi są miliardy miliardów cząsteczek.
Układ Słoneczny znajduje się w Lokalnym Obłoku Międzygwiazdowym prawdopodobnie od kilkudziesięciu tysięcy lat i nadal przez niego przelatuje. Słońce porusza się względem tej materii z prędkością około 20–30 km/s.
