Звездная пыль в антарктическом льду раскрыла десятки тысяч лет истории Солнечной системы

Международная группа ученых обнаружила в древнем антарктическом льду редкие следы звездной пыли, которые позволяют проследить движение Солнечной системы через межзвездное пространство за последние десятки тысяч лет. Исследователи нашли радиоактивный изотоп железо-60 — вещество, возникающее при взрывах массивных звезд. Это открытие помогает лучше понять, через какие области галактики проходила Земля и как на нашу планету влияли древние сверхновые.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters и уже привлекла большое внимание астрофизиков, поскольку фактически превращает антарктический лед в своеобразный архив космической истории.

Ученые нашли следы взорвавшихся звезд прямо на Земле

Главным объектом исследования стало железо-60 — крайне редкий радиоактивный изотоп железа.

Он почти не образуется естественным образом на Земле. Основной источник железа-60 — взрывы массивных звезд, заканчивающих жизнь как сверхновые. Во время таких катастроф тяжелые элементы выбрасываются в межзвездное пространство вместе с огромным количеством пыли и газа.

Позже мельчайшие частицы этой пыли могут путешествовать по галактике миллионы лет.

Часть из них в итоге попадает в Солнечную систему и оседает на Земле.

Антарктида оказалась идеальным космическим архивом

Для поиска древней звездной пыли ученые использовали лед Антарктиды.

Причина проста:

• снег в центральной Антарктиде накапливается очень медленно;
• слои льда сохраняются десятки тысяч лет;
• загрязнение минимально;
• структура ледяных слоев остается относительно стабильной.

Каждый слой фактически хранит информацию о составе вещества, которое присутствовало в атмосфере Земли в определенный момент времени.

Таким образом ледяные керны работают как временная шкала.

Исследователи обработали сотни килограммов льда

Ученые анализировали огромные объемы антарктического материала.

Сначала ранее были изучены около 500 килограммов свежего антарктического снега, где неожиданно обнаружили железо-60. Позже команда решила проверить более древние слои льда возрастом от 40 до 80 тысяч лет.

Для нового исследования использовали примерно 300 килограммов древнего льда.

Процесс оказался крайне сложным:

1. лед растапливали;
2. химически выделяли железо;
3. очищали образцы;
4. искали единичные атомы железа-60.

Для анализа использовали ускорительную масс-спектрометрию

Обнаружить железо-60 чрезвычайно трудно из-за его крайне малой концентрации.

Для измерений ученые применяли ускорительную масс-спектрометрию в Heavy-Ion Accelerator Facility Австралийского национального университета.

Метод позволяет буквально подсчитывать отдельные атомы редких изотопов.

Подобные технологии используются:

• в ядерной физике;
• астрофизике;
• геохронологии;
• климатических исследованиях.

Результат оказался неожиданным

Исследователи ожидали увидеть примерно одинаковое количество железа-60 в разных временных слоях.

Но данные показали другое.

Во льду возрастом 40–80 тысяч лет концентрация изотопа оказалась заметно ниже, чем в современном снегу и более молодых геологических слоях.

Это означает, что поток межзвездной пыли, попадавшей на Землю, менялся со временем.

Солнечная система движется через межзвездные облака

Главная гипотеза связана с тем, что Солнечная система не находится в неподвижной области космоса.

Она постоянно движется через галактику Млечный Путь.

Сейчас Солнечная система проходит через так называемое Local Interstellar Cloud — локальное межзвездное облако.

Это область разреженного газа, плазмы и пыли между звездами.

Именно в ней, как считают ученые, сохраняются остатки древнего звездного взрыва.

Земля буквально летит через остатки сверхновой

Авторы исследования предполагают, что железо-60 накапливается внутри локального межзвездного облака уже очень давно.

Когда Земля вместе с Солнечной системой движется через эту область, частицы постепенно попадают в атмосферу и оседают на поверхность планеты.

Фактически человечество живет внутри очень разреженных остатков древней сверхновой.

Сверхновые создают тяжелые элементы Вселенной

Взрывы массивных звезд играют ключевую роль в космической химии.

Именно в сверхновых формируются многие тяжелые элементы:

• железо;
• никель;
• кальций;
• кремний;
• золото;
• уран.

После взрыва вещество разлетается по галактике и становится материалом для новых звезд и планет.

По сути, значительная часть вещества Земли когда-то находилась внутри древних звезд.

Железо-60 уже находили раньше

Это не первое обнаружение данного изотопа на Земле.

Следы железа-60 ранее находили:

• в океанических отложениях;
• в глубоководных корках;
• в антарктическом снегу.

Эти данные указывали, что несколько миллионов лет назад Земля пережила мощный поток вещества от близких сверхновых.

Но новое исследование связано уже не с прямым выбросом после взрыва, а с длительным прохождением через межзвездную среду.

Возраст сигнала оказался особенно важен

Наиболее интересным стало совпадение временных интервалов.

Недавние астрономические модели показали, что Солнечная система могла войти в Local Interstellar Cloud примерно от 40 до 124 тысяч лет назад.

Именно в этот период ученые увидели изменение количества железа-60 в антарктическом льду.

Это стало серьезным аргументом в пользу связи между межзвездным облаком и обнаруженным изотопом.

Космическая среда вокруг Солнечной системы постоянно меняется

Многие представляют космос как пустое пространство.

На самом деле межзвездная среда заполнена:

• газом;
• пылью;
• магнитными полями;
• космическими лучами;
• остатками звездных взрывов.

Солнечная система движется через эти структуры со скоростью в десятки километров в секунду.

Межзвездные облака связаны со смертью звезд

Считается, что многие локальные межзвездные облака возникли после древних сверхновых.

Когда звезда взрывается, ударная волна выбрасывает вещество на огромные расстояния.

Со временем формируются гигантские разреженные структуры из газа и пыли.

Локальное межзвездное облако, вероятно, тоже связано с подобным событием.

Ученые фактически изучают галактическую погоду

Некоторые исследователи называют такие процессы «космической погодой».

Изменения межзвездной среды могут влиять на:

• поток космических лучей;
• магнитную оболочку Солнечной системы;
• количество межзвездной пыли;
• условия в гелиосфере.

Гелиосфера — это гигантская область, создаваемая солнечным ветром, которая частично защищает планеты от межзвездной среды.

Антарктический лед помогает изучать не только климат

Обычно ледяные керны используют для исследования климата Земли.

Они позволяют анализировать:

• древний состав атмосферы;
• концентрацию углекислого газа;
• вулканическую активность;
• температурные изменения.

Но новое исследование показывает, что лед может хранить и астрофизическую информацию.

Земля хранит следы событий галактического масштаба

Одним из самых необычных выводов работы стало понимание того, что геологические архивы Земли могут фиксировать процессы, происходящие далеко за пределами Солнечной системы.

Речь идет о:

• сверхновых;
• движении межзвездных облаков;
• изменении космической среды;
• истории локального участка галактики.

Исследование помогает понять историю Млечного Пути

Изучение железа-60 позволяет астрономам реконструировать прошлое ближайших звездных областей.

Ученые пытаются определить:

• когда произошли ближайшие сверхновые;
• как распространялось вещество;
• как формировались локальные облака;
• через какие области проходила Солнечная система.

Это особенно важно для понимания эволюции окрестностей Млечного Пути.

В будущем ученые планируют изучить еще более древний лед

Авторы исследования считают, что анализ более старых ледяных слоев может дать еще больше информации.

Если удастся проследить изменение концентрации железа-60 на протяжении сотен тысяч лет, ученые смогут точнее восстановить историю движения Солнечной системы через межзвездную среду.

Сверхновые могли влиять и на Землю

Хотя современные данные не говорят о прямой опасности, ученые давно обсуждают влияние близких сверхновых на Землю.

Теоретически мощные звездные взрывы способны:

• увеличивать поток космического излучения;
• влиять на атмосферу;
• изменять химические процессы;
• воздействовать на климат.

Однако сверхновые, следы которых нашли в железе-60, произошли миллионы лет назад и находились достаточно далеко.

Человечество буквально состоит из звездной пыли

Исследование еще раз подтверждает фундаментальную идею современной астрофизики: тяжелые элементы в составе Земли и живых организмов появились внутри звезд.

Карл Саган когда-то популяризировал фразу о том, что люди состоят из звездного вещества.

Современные исследования показывают, что это не метафора, а физический факт.

Следы древних звезд продолжают падать на Землю даже сегодня.

Антарктида становится важнейшей лабораторией космической истории

Новые результаты показывают, что лед Антарктиды способен хранить уникальные сведения не только о климате планеты, но и о движении Солнечной системы через галактику.

Фактически ученые получили новый инструмент для изучения ближайшего межзвездного пространства.

Каждый новый ледяной керн может содержать информацию о событиях, происходивших десятки тысяч и даже миллионы лет назад далеко за пределами Земли.

 

Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org