Обнаруженные на дне океана следы радиоактивных атомов плутония могут свидетельствовать о космической катастрофе, произошедшей более 100 миллионов лет назад. Более того, похоже, что эта звездная пыль до сих пор осыпается на наш мир – остатки древнего события, которым, возможно, было столкновение двух нейтронных звезд. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Подобные столкновения вызывают яркие взрывы, известные как килоновые, в результате которых образуются одни из самых тяжелых и ценных элементов Вселенной. Это не первый случай, когда ученые используют килоновую для объяснения странных элементных характеристик, обнаруженных на морском дне.
Однако новые открытия, сделанные под руководством физика Доминика Колла из Дрезденско-Россендорфского центра им. Гельмгольца в Германии, могут помочь точно определить время этого события, проливая свет на меняющиеся галактические моря, по которым наш планетарный космический корабль плыл на протяжении тысячелетий.
«Наши результаты показывают, что плутоний образовался в результате очень редких космических взрывов, таких как те, которые происходят при слиянии двух нейтронных звезд или в чрезвычайно энергичных сверхновых», — говорит физик Антон Вальнер из Центра им. Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе. «С тех пор оно рассеялось по всей межзвездной среде».
Плутоний — один из самых тяжелых встречающихся в природе элементов во Вселенной, а радиоизотоп, имеющий отношение к этому новому исследованию, — плутоний-244 — предположительно образуется только в редких космических событиях, способных насытить атомы нейтронами.
В ходе этого быстрого процесса захвата нейтронов, или r-процесса, атомные ядра быстро поглощают нейтроны и становятся тяжелее, образуя одни из самых тяжелых элементов во Вселенной. Одним из главных кандидатов на роль такого процесса является килонова — взрыв, возникающий при столкновении двух нейтронных звезд.
Таким образом, любой обнаруженный сегодня на Земле плутоний-244 природного происхождения, как предполагается, имеет космическое происхождение.
Главная загвоздка здесь в том, что период полураспада плутония-244 составляет всего около 81 миллиона лет. Следовательно, любой первичный плутоний, попавший в состав Земли при формировании Солнечной системы, должен был распасться давным-давно.
Одно из таких мест — железомарганцевая корка, обнаруженная в некоторых участках океанического дна. Она растет медленно, миллиметр за миллиметром, накапливаясь на протяжении миллионов лет и сохраняя с каждым слоем снимок окружающей среды.
По сути, это запись частиц, осевших на дне моря, которую ученые используют для получения информации о космической обстановке вокруг нашей планеты.
Ранее астрономы интерпретировали присутствие плутония-244 в участке железомарганцевой коры как свидетельство взрыва r-процесса, произошедшего около 3,5 миллионов лет назад.
К этой хронологии они пришли, оценив, насколько далеко мог простираться взрыв и сколько времени потребовалось бы выбросам, чтобы достичь Земли, исходя из количества плутония, обнаруженного в земной коре.
Колл и его коллеги применили другой подход. Вместо того чтобы отталкиваться от количества плутония-244, они искали признаки другого радиоактивного изотопа, который должен образовываться вместе с плутонием при взрывах r-процесса, — кюрия-247, период полураспада которого составляет 16 миллионов лет.
Используя фрагмент железомарганцевой коры, извлеченный в 1976 году со дна Тихого океана на глубине 4830 метров, исследователи провели обследование в поисках плутония-244, кюрия-247 и радиоизотопа железа, железа-60, который также имеет космогенное происхождение.
Период полураспада железа-60 составляет всего 2,6 миллиона лет. Его присутствие в ранее исследованных образцах интерпретировалось как свидетельство наличия обломков от более поздних событий, связанных со сверхновыми, а именно, двумя сверхновыми, которые, по оценкам, произошли около 2,5 и 7 миллионов лет назад соответственно.
«Железо-60 — это явный признак обычных сверхновых, поэтому мы искали как железо-60, так и плутоний-244 и сравнивали полученные следы», — объясняет Колл.
Если плутоний-244 образовался в результате относительно недавнего события, то следы кюрия-247 все еще должны были присутствовать в земной коре.
Но убедительных доказательств этому они не нашли.
Это позволяет предположить, что плутоний-244 образовался не в тех же сверхновых, в которых образовался железо-60.
Вместо этого, плутоний, по-видимому, происходит из гораздо более древнего события r-процесса, обломки которого давно рассеялись в межзвездном пространстве. Образовавшийся одновременно с ним кюрий-247 распался бы, тогда как некоторое количество плутония-244 сохранилось, поскольку его распад происходит гораздо медленнее.
«Отсутствие радиоизотопа кюрия-247, который также образовался при взрыве, говорит о том, что это произошло очень давно», — говорит физик Майкл Хочкис из Австралийской организации ядерной науки и технологий. «Но не более 1 миллиарда лет назад – иначе плутоний-244 также был бы необнаружим».
Хотя мы не можем точно знать, какой именно взрыв породил плутоний-244, исследователи полагают, что он, скорее всего, произошел в результате древнего редкого r-процесса, среди главных кандидатов на который фигурирует килонова, и что это произошло более 100 миллионов лет назад.
И теперь Земля движется сквозь обломки, которые она оставила после себя.
Вероятно, в момент взрыва он произошел не очень близко к Земле.
Однако подобные следы позволяют ученым понять историю взрыва Млечного пути и путешествие Солнечной системы по космосу.
Это также может помочь нам лучше понять историю Земли — откуда взялись тяжелые металлы и какую роль прошлые взрывы могли сыграть в эволюции нашей планеты.
«Повлияло ли это событие на жизнь на Земле?» — спрашивает Хочкис. «Это открытый вопрос, который потребует дальнейшего изучения».
