Международная группа исследователей под руководством Дрезденско-Россендорфского центра им. Гельмгольца (HZDR) подтвердила, проведя анализ антарктического льда возрастом в десятки тысяч лет, что Солнечная система в настоящее время проходит через Местное межзвездное облако — область сильно рассеянного газа и пыли, расположенную между звездами, — и что на этом пути Земля непрерывно накапливает железо-60, редкий радиоактивный изотоп железа, образующийся при звездных взрывах.
Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, указывают на то, что изотоп оставался в этом облаке с момента звездного взрыва, произошедшего много лет назад, судя по постоянному, но изменяющемуся во времени потоку, измеренному исследователями.
Железо-60 образуется внутри массивных звезд и выбрасывается в космос при взрывах сверхновых. Геологические данные свидетельствуют о том, что миллионы лет назад наша Солнечная система дважды подвергалась воздействию железа-60 от сверхновых.
Однако в последнее время поблизости не наблюдалось звёздных взрывов, которые могли бы напрямую поставлять этот изотоп. Когда несколько лет назад учёные обнаружили изотоп железа-60 в снегу на поверхности Антарктиды, которому было менее двадцати лет, возник вопрос о его происхождении.
Наша идея заключалась в том, что Местное межзвездное облако содержит изотоп железа-60 и может хранить его в течение длительных периодов времени. По мере того, как Солнечная система движется сквозь облако, Земля могла бы собирать этот материал. Однако в то время мы не могли это доказать, — объясняет Доминик Колл из Института ионно-лучевой физики и материаловедения HZDR.
В последние годы группа исследователей под руководством Колла и профессора Антона Вальнера проанализировала дополнительные образцы, включая глубоководные осадки возрастом до 30 000 лет. В этих отложениях также было обнаружено железо-60, но альтернативные теории по-прежнему конкурировали с гипотезой межзвездных облаков.
Новые образцы антарктического льда, датируемые периодом от 40 000 до 80 000 лет назад, позволили прояснить происхождение этих облаков. Их анализ ясно показывает, что вероятным источником является Местное межзвездное облако. Это означает, что облака, окружающие Солнечную систему, связаны со звездным взрывом. И впервые это дает нам возможность исследовать происхождение этих облаков, отмечает Колл.
Солнечная система вошла в Местное межзвездное облако несколько десятков тысяч лет назад и выйдет из него через несколько тысяч лет. В настоящее время мы находимся вблизи его края. Для своего исследования ученые проанализировали ледяной керн, соответствующий периоду предполагаемого входа в облако.
Институт Альфреда Вегенера, Центр полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI), предоставил образец из европейского проекта EPICA по бурению льда. Сравнение содержания железа-60 с предыдущими образцами глубоководных отложений и снега показало, что в период от 40 000 до 80 000 лет назад на Землю достигало меньше железа-60, чем сегодня и в более позднее время. Это говорит о том, что ранее мы находились в среде с более низким содержанием железа-60, или что само облако имеет сильные колебания плотности, объясняет Колл.
Таким образом, сигнал железа-60 изменяется всего за несколько десятков тысяч лет, что является удивительно быстрым временным масштабом в космическом масштабе. Благодаря этому наблюдению исследователи смогли исключить альтернативные объяснения источника потока железа-60, такие как постепенное затухание звездных взрывов, произошедших миллионы лет назад.
Для проведения измерений команда перевезла около 300 килограммов льда из Института Вейля-Оппенгеймера в Бремерхафене в Дрезден, где он был подвергнут химической обработке — длительной процедуре, в результате которой осталось всего несколько сотен миллиграммов пыли. Шаг за шагом они выделяли железо-60, стараясь избегать потерь на каждом этапе.
В лаборатории ускорительной масс-спектрометрии HZDR DREsden (DREAMS) они проверили образец после химической подготовки, используя два других радиоизотопа: бериллий-10 и алюминий-26. Ожидаемые концентрации этих изотопов во льду хорошо известны. Любая потеря железа-60 также сопровождалась бы уменьшением количества бериллия-10 и алюминия-26, что команде удалось исключить.
Для заключительного измерения команда использовала установку для ускорения тяжелых ионов (HIAF) в Австралийском национальном университете, которая в настоящее время является единственной в мире установкой, способной обнаруживать такие малые количества железа-60. Используя электрические и магнитные фильтры, они отделили нежелательные атомы по массе, пока из первоначального количества в 10 триллионов атомов не осталось лишь горстка атомов железа-60. Это как искать иголку на 50 000 футбольных стадионах, доверху забитых сеном. «Установка находит иголку за час», — объясняет Аннабель Ролофс из Боннского университета.
«Благодаря многолетнему сотрудничеству с международными коллегами мы разработали чрезвычайно чувствительный метод, который теперь позволяет нам обнаруживать в современных геологических данных явные признаки космических взрывов, произошедших миллионы лет назад», — резюмирует Валлнер.
Команда уже планирует новые измерения. Цель — проанализировать еще более древний ледяной керн, относящийся к периоду до того, как Солнечная система вошла в Местное межзвездное облако. Институт астрономии имени А. В. Айзека (AWI) является ключевым партнером в проекте Beyond EPICA – Oldest Ice, целью которого является получение ледяных кернов такого возраста.
