W głębinach Oceanu Spokojnego, na głębokości niemal pięciu kilometrów, przez miliony lat spoczywała skała, która skrywała sekret o potężnej kosmicznej katastrofie. Międzynarodowy zespół naukowców, analizując próbki tej powoli rosnącej skorupy żelazowo-manganowej, doszedł do zaskakujących wniosków.
Okazuje się, iż na naszą planetę wciąż opadają pozostałości po gigantycznej eksplozji, do której doszło ponad 100 mln lat temu daleko poza Układem Słonecznym. Wyniki tych analiz, opublikowane na łamach czasopisma Nature Astronomy, rzucają zupełnie nowe światło na historię materii, z której składa się otaczający nas świat.
Detektywistyczna praca na atomowym poziomie
Skała o wadze niespełna dwóch kilogramów została wyłowiona z dna oceanu już w 1976 r. Dopiero teraz jednak technologia pozwoliła na wyciągnięcie z niej kluczowych informacji.
Badacze z instytutu Helmholtz-Zentrum Dresden-Rozendorf w Niemczech, współpracując z ekspertami z australijskich instytucji ANSTO i ANU, poddali znalezisko niezwykle precyzyjnej obróbce. dzięki maszyn sterowanych komputerowo pocięli skałę na bardzo cienkie warstwy, z których każda odpowiadała około milionowi lat powolnego przyrostu minerałów.
Naukowcy szukali czegoś wyjątkowo rzadkiego , pojedynczych atomów ciężkich izotopów, które mogły trafić na Ziemię wyłącznie z przestrzeni kosmicznej. Do ich wykrycia użyli najczulszego na świecie akceleratora mas, zdolnego dosłownie zliczać pojedyncze elementy składowe materii.
Plutonowy zegar i brakujący element układanki
Kluczem do rozwiązania zagadki kosmicznego opadu okazało się wykrycie plutonu-244. To najtrwalszy izotop tego pierwiastka, którego okres połowicznego rozpadu wynosi 81 mln lat. W kilogramie oceanicznej skały badacze znaleźli zaledwie kilkaset takich atomów.
Były one rozłożone równomiernie we wszystkich badanych warstwach. Oznacza to, iż kosmiczny pył dociera do Ziemi w sposób ciągły, jako stały strumień, a nie w wyniku pojedynczego, nagłego zdarzenia w bliskim sąsiedztwie.
Aby precyzyjnie określić, kiedy doszło do eksplozji, która stworzyła ten pył, fizycy musieli sprawdzić obecność innego izotopu, kiuru-247. Kiur rozpada się znacznie szybciej, bo jego okres połowicznego rozpadu to 16 mln lat.
Dokładna analiza wykazała całkowity brak tego pierwiastka w próbkach. Taki układ dał naukowcom jasną odpowiedź: katastrofa musiała wydarzyć się na tyle dawno, by kiur zdążył całkowicie zaniknąć, ale na tyle niedawno, by wciąż można było wykryć pluton-244. Gdyby od wybuchu minął ponad miliard lat, pluton również byłby już niewykrywalny. Wyliczenia pozwoliły ustalić, iż do eksplozji doszło ponad 100 mln lat temu.
Czułość instrumentu nie budziła wątpliwości – jest on choćby lepszy w wykrywaniu atomów kiuru niż atomów plutonu. Jedynym możliwym wyjaśnieniem jest to, iż kosmiczna eksplozja odpowiedzialna za powstanie plutonu nastąpiła tak dawno temu, iż kiur uległ już rozpadowi i praktycznie nie pozostał – powiedział dr Michael Hotchkis, który przeprowadził pomiary w Centrum Nauk Akceleratorowych ANSTO na akceleratorze Vega i jest współautorem artykułu.
Więcej na Spider’s Web:
Kilonowa, czyli narodziny ciężkich pierwiastków
Wszystko wskazuje na to, iż źródłem tego międzygwiezdnego opadu była kilonowa, potężny wybuch wywołany zderzeniem dwóch gwiazd neutronowych. W momencie eksplozji było to prawdopodobnie jedno z najjaśniejszych zjawisk w całej galaktyce.
Zderzenia gwiazd neutronowych są najważniejsze dla zrozumienia Wszechświata, ponieważ odpowiadają za tak zwany proces r, czyli szybki wychwyt neutronów. To właśnie w tym procesie powstaje około połowy ciężkich pierwiastków we Wszechświecie, w tym uran, tor oraz wspomniany pluton i kiur.
Dotychczas część ekspertów podejrzewała, iż za produkcję tych pierwiastków mogą odpowiadać częstsze, klasyczne wybuchy supernowych. Badania pacyficznej skały wykazały wprawdzie ślady supernowych sprzed dwóch i siedmiu milionów lat (pod postacią izotopu żelaza-60), jednak obecność plutonu nie zwiększała się w tych okresach. To ostateczny dowód na to, iż powstawanie najcięższych elementów układu okresowego wymaga o wiele rzadszych i bardziej gwałtownych zjawisk, jakimi są właśnie kilonowe.
Co to oznacza dla Ziemi i nauki?
Wpływ tak potężnego kosmicznego wydarzenia na historię życia na naszej planecie pozostaje na razie kwestią otwartą i będzie przedmiotem kolejnych analiz. Opracowana przy okazji tych badań technologia detekcji ma jednak ogromne znaczenie praktyczne już teraz.
Precyzyjne oprzyrządowanie pozwala nie tylko badać historię kosmosu, ale może być wykorzystywane do monitorowania procedur nuklearnych i wspierania międzynarodowych działań na rzecz nierozprzestrzeniania broni jądrowej.
Czy to wydarzenie miało wpływ na życie na Ziemi? To otwarte pytanie, które zostanie zbadane w dalszych badaniach – powiedział Hotchkis.
Badacze nie zamierzają poprzestawać na próbkach z dna Oceanu Spokojnego. Kolejnych śladów starożytnej kilonowej będą szukać w innych wiekowych strukturach geologicznych na Ziemi. Naukowcy spoglądają również w stronę Księżyca, tamtejszy pył, nienaruszony przez atmosferę czy procesy geologiczne, może skrywać jeszcze dokładniejszy zapis historii tej kosmicznej katastrofy.
