Ученые обнаружили в свежевыпавшем снегу в Антарктиде чрезвычайно редкий изотоп железо-60. Проведенный анализ указал на межзвездное происхождение вещества, которое могло появиться в результате вспышки сверхновой, произошедшей не более нескольких миллионов лет назад. Найденное железо-60 при этом должно было попасть на Землю не более 20 лет назад, пишут ученые в статье, принятой для публикации в Physical Review Letters.
Все элементы тяжелее гелия во Вселенной образуются благодаря звездам. Термоядерный синтез в недрах обычных светил приводит к появлению элементов вплоть до изотопа железа-56, обладающего одной из наивысших энергий связи. Дальнейшее слияние становится энергетически невыгодным, поэтому более тяжелые ядра получаются в катастрофических процессах, таких как взрывы сверхновых и столкновения нейтронных звезд.
Так как Солнце является не очень старым светилом и образовалось из вещества, уже некогда являвшегося внутренностями другой звезды, то и тесно связанный с ним состав Земли также отражает предыдущую химическую эволюцию. Однако многие тяжелые изотопы нестабильны, поэтому за несколько миллиардов лет существования планеты из радиоактивных ядер остались либо наиболее долгоживущие, либо получающиеся в каскадах распадов, но в последнем случае их концентрации должны находиться в определенных соотношениях друг с другом.
В конце XX века ученые предположили, что близкий взрыв сверхновой мог повлиять на Землю намного позже ее формирования и даже стать причиной массовых вымираний. Гипотезу можно проверить, если обнаружить ряд редких радиоактивных изотопов, таких как железо-60 с периодом полураспада в 2,6 миллиона лет. Этот срок достаточно мал, чтобы подобных ядер не осталось со времени образования планеты, но достаточно велик, чтобы зафиксировать следы давно случившегося редкого события. Железо-60 не получается в результате распада других ядер, поэтому оно может быть только космического происхождения.
Это предсказание было подтверждено, когда нужные изотопы были найдены в отложениях на океанском дне. Последующий анализ показал, что вещество попало на Землю 2–2,5 миллиона лет назад. Затем были получены дополнительные указания на относительно недавнюю близкую вспышку сверхновой — железо-60 также нашлось в образцах лунных пород и космических лучах, хотя ученые разошлись в оценках их возраста и, следовательно, соответствующей сверхновой.
В работе, ведущим автором которой выступил Доминик Колль (Dominik Koll) из Австралийского национального университета, проверялась идея, что выброшенное при взрывах сверхновых вещество продолжает попадать на Землю и сегодня. Для этого авторы собрали около 500 килограмм свежего снега рядом с немецкой антарктической станцией Конен. Снег доставили в нерастаявшем виде в Германию, где его плавили и анализировали на масс-спектрометре.
Анализ показал, что в добытом образце нашлось примерно 73 тысячи атомов железа-60, что соответствует примерно 1,2 атомам на квадратный сантиметр антарктического снега в год. Происхождение внутри Солнечной системы было исключено на основе сравнения с концентрацией марганца-53, который получается при реакциях с космическими лучами. Полученное отношение оказалось намного выше ожидаемого при схожем канале образования. Происхождение в результате земных ядерных испытаний было похожим образом отброшено на основе сравнения с изотопом железа-55, который получается в известных количествах при взрыве атомных бомб.
Авторы заключают, что им удалось обнаружить первое свидетельство недавнего попадания вещества сверхновой на Землю. Ученые считают, что открытие важно, так как показывает, что как минимум часть пыли в Местном межзвездном облаке, сквозь которое Солнечная система движется со скоростью в 26 километров в секунду, порождена сверхновыми. Исследователи собираются проверить эту гипотезу, измерив концентрацию железа-60 в старом снеге. Если идея верна, то стоит ожидать резкого повышения примерно 40–50 тысяч лет назад, когда Солнце влетело в Местное межзвездное облако.
Недавно стало ясно, что уран в метеоритах связан с близким слиянием нейтронных звезд, а сверхновые оказались основными поставщиками пыли в молодых галактиках. Также мы делали подробный материал про тяжелые элементы и пути их синтеза — «Алхимии отцовой пережитки».
Тимур Кешелава