Как древний лед Антарктиды стал ключом к разгадке космических тайн?
На Земле существует особый вид железа, который невозможно создать в естественных условиях нашей планеты. Это изотоп железо-60 – радиоактивное вещество, возникающее лишь в недрах массивных звезд под воздействием экстремального давления. Когда такая звезда завершает свой жизненный путь грандиозным взрывом сверхновой, этот изотоп выбрасывается в открытый космос, пишет Universe Today.
Смотрите также Что происходит, когда гигантская звезда сталкивается с черной дырой
Период полураспада железа-60 составляет 2,6 миллиона лет. Это слишком мало в космических масштабах, поэтому любое количество этого вещества, присутствовавшее при формировании Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад, уже давно исчезло. Следовательно, любой атом железа-60, найденный на Земле сегодня, имеет внеземное происхождение.
Ученым уже давно известно, что наша система по крайней мере дважды попадала под влияние взрывов сверхновых миллионы лет назад, о чем свидетельствуют залежи в глубоководных осадках и лунных породах. Однако настоящей загадкой стало обнаружение железа-60 в поверхностном снегу Антарктиды, возраст которого не превышал 20 лет. Поскольку вблизи Солнца в последнее время не было зафиксировано никаких взрывов звезд, исследователи начали искать альтернативный источник этих "космических осадков".
Ответ нашла международная группа ученых под руководством доктора Доминика Колла и профессора Антона Валлнера из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR). Согласно их выводам, опубликованным в журнале Physical Review Letters, наша Солнечная система сейчас проходит сквозь большое межзвездное облако – разреженную область газа и пыли в Млечном Пути. Это облако действует как своеобразный резервуар, сохраняя железо-60 от древних сверхновых и постепенно "запыляя" Землю во время нашего движения сквозь него.
Для подтверждения этой теории команда проанализировала ледяные керны из европейского проекта бурения в Антарктиде EPICA. Они изучали образцы льда возрастом от 40 000 до 81 000 лет – именно тот период, когда Солнечная система, по расчетам, начала входить в это облако. Исследование показало, что уровень железа-60 в древнем льду значительно ниже, чем в современном снегу.
Это свидетельствует о том, что раньше мы находились в среде с меньшим содержанием железа-60, или же само облако имеет сильные колебания плотности,
– прокомментировал доктор Доминик Колл из Института физики ионных пучков и исследования материалов HZDR.
Процесс выделения космической пыли требовал невероятной точности, пишут авторы в пресс-релизе для HZDR. Около 300 килограммов антарктического льда доставили из Бремергафена в Дрезден, где его подвергли длительной химической обработке. В результате ученые получили лишь несколько сотен миллиграммов пыли, в которой нужно было найти единичные атомы железа-60.
Для этого использовали ускоряющую масс-спектрометрию в австралийском Национальном университете в Канберре.
Это все равно, что искать иглу в 50 000 футбольных стадионах, заполненных сеном до самой крыши. Машина находит эту иглу за час,
– говорит Аннабель Ролофс из Боннского университета. Специальные электрические и магнитные фильтры отделяли атомы по массе, пока не оставались только нужные единицы изотопа.
Результаты анализа позволили отбросить другие теории, например, постепенное затухание сигнала от сверхновых, взорвавшихся миллионы лет назад. Быстрое изменение концентрации изотопа в течение последних 40 000 лет доказывает, что источником является именно Местное межзвездное облако.
Благодаря многолетнему сотрудничеству с международными коллегами мы разработали чрезвычайно чувствительный метод, который теперь позволяет нам выявлять четкую подпись космических взрывов, произошедших миллионы лет назад, в геологических архивах сегодня,
– подытожил профессор Антон Валлнер.
Солнечная система вошла в эту область космоса несколько десятков тысяч лет назад и покинет ее примерно через 2 000 – 6 000 лет. Сейчас мы находимся у ее края, где облако становится гуще.
Дальнейшие планы ученых включают анализ еще более древнего льда в рамках проекта Beyond EPICA, чтобы получить "снимок" времени, когда этот необычный дождь из звездной пыли еще даже не начался.
Вам также будет интересно узнать: что происходит после взрыва сверхновых
Когда массивная звезда взрывается как сверхновая, она не просто исчезает. Такой взрыв становится одним из важнейших процессов в галактике, поскольку именно сверхновые создают и разбрасывают в космосе тяжелые элементы, пишет 24 Канал. До взрыва звезда состоит преимущественно из водорода и гелия, но в ее недрах постепенно формируются все более тяжелые вещества – кислород, кремний, кальций, железо и другие элементы. Во время коллапса ядра и последующего взрыва эти вещества выбрасываются в межзвездное пространство со скоростью тысячи километров в секунду.
После взрыва сверхновой остается несколько возможных объектов:
- Если звезда была достаточно массивной, ее ядро сжимается в нейтронную звезду – сверхплотный объект, где вещество настолько сжато, что чайная ложка такой материи весила бы миллиарды тонн.
- Если же звезда была еще массивнее, коллапс не останавливается, и образуется черная дыра.
- Вокруг этих остатков часто возникают туманности – гигантские облака горячего газа и пыли. Известным примером является Крабовидная туманность, которая осталась после взрыва сверхновой, зафиксированного в 1054 году.
Материал, выброшенный сверхновыми, не исчезает бесследно. Газ и пыль постепенно смешиваются с межзвездной средой галактики. Через миллионы лет эти вещества могут сжиматься под действием гравитации и формировать новые звезды, планеты и астероиды.
Фактически, Земля, люди и все живое состоят из такого "звездного пепла". Железо в крови, кальций в костях и кислород в атмосфере когда-то были синтезированы в недрах древних звезд и разбросаны взрывами сверхновых.
Почему Земля оказалась в таком облаке?
Причина того, почему Земля сейчас находится внутри этого облака, связана с движением галактики. Млечный Путь не является неподвижной структурой. Он вращается, а звезды вместе со своими планетарными системами движутся сквозь галактические рукава. Солнце также летит сквозь галактику со скоростью сотни километров в секунду и за миллионы лет постоянно меняет свое положение.
Поэтому нынешняя область космоса, где расположена Солнечная система, в далеком прошлом могла выглядеть совсем иначе. Здесь могли существовать другие звезды, звездные скопления и происходить взрывы сверхновых. После таких катастроф в пространстве остаются облака горячего газа, пыли и тяжелых элементов. Через миллионы лет эти остатки охлаждаются и превращаются в межзвездные облака, через которые позже проходят другие звездные системы, включая Солнце, подытоживает 24 Канал.
Фактически, Солнечная система постоянно "путешествует" через различные области галактики. Сегодня мы находимся в локальном пузыре – области разреженного горячего газа, которая, вероятно, тоже возникла после серии древних взрывов сверхновых. Внутри нее существуют более плотные межзвездные облака, одной из которых является Местное межзвездное облако, пишет Springer.
Опасно ли для Земли и людей Местное межзвездное облако?
Местное межзвездное облако не представляет прямой угрозы для людей. Оно чрезвычайно разреженное. Даже в более плотных его участках концентрация атомов в миллионы раз ниже, чем в самом лучшем вакууме, который можно создать на Земле. Человек не "почувствует" прохождение сквозь такое облако.
Однако определенное влияние на Солнечную систему межзвездные облака могут иметь. Солнце постоянно создает гелиосферу – гигантский "пузырь" из солнечного ветра, который частично защищает Землю от космического излучения. Если Солнечная система входит в более густое межзвездное облако, эта гелиосфера может сжиматься. В таком случае больше космических лучей будет проникать во внутреннюю часть Солнечной системы. К такому выводу пришли ученые в своей работе, которая появилась в журнале Nature.
Некоторые исследования предполагают, что несколько миллионов лет назад Земля могла проходить через значительно более густые межзвездные области, и это потенциально влияло на климат и атмосферу. Но даже эти сценарии не выглядят как катастрофа уровня массового вымирания. Речь идет скорее о долговременных изменениях радиационного фона, атмосферы и поведения космических лучей.
Современное Местное межзвездное облако считается относительно безопасным.