Следи от радиоактивни атоми плутоний, скрити в океанското дъно, може да са остатък от космически катаклизъм, случил се преди повече от 100 милиона години.

Нещо повече — изглежда, че този звезден прах продължава да се сипе върху нашата планета и днес. Той вероятно е далечно ехо от древно събитие, което може да е било сблъсък на две неутронни звезди.

Подобни сблъсъци пораждат ослепителни експлозии, известни като килонови. Именно при тях се създават някои от най-тежките и ценни елементи във Вселената.

Това не е първият път, в който учените посочват килонова като възможно обяснение за необичайни химични следи, открити на морското дъно.

Новите резултати обаче, получени от екип, ръководен от физика Доминик Кол от Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германия, може да помогнат да се определи кога се е случило това събитие. Така те хвърлят светлина върху променящата се галактическа среда, през която Земята е преминавала в продължение на еони.

„Нашите резултати подсказват, че плутоният произхожда от изключително редки космически експлозии — например такива, които настъпват при сливането на две неутронни звезди или при особено мощни свръхнови“, казва физикът Антон Валнер от Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

„Оттогава той се е разпръснал из междузвездната среда.“

Плутоний-244: следа от редки космически експлозии

Плутоният е един от най-тежките елементи, които се срещат естествено във Вселената. Радиоизотопът, върху който се фокусира новото изследване — плутоний-244 — се смята за продукт само на редки космически събития, способни да наситят атомите с неутрони.

Това става чрез т.нар. процес на бързо улавяне на неутрони, или r-процес. При него атомните ядра поглъщат неутрони с голяма скорост, стават все по-тежки и така се „изковават“ някои от най-масивните елементи във Вселената. Един от основните кандидати за място, където протича подобен процес, е килоновата — експлозията, която възниква при сблъсък на две неутронни звезди. Затова произходът на тежки елементи като златото и платината е ключова част от тази космическа загадка.

Ето защо всеки естествено срещащ се плутоний-244, открит днес на Земята, се приема като свидетелство за космически произход.

Има обаче една важна подробност: периодът на полуразпад на плутоний-244 е около 81 милиона години. Това означава, че ако такъв плутоний е бил включен в състава на Земята още при образуването на Слънчевата система, той отдавна би трябвало да се е разпаднал.

Океанското дъно като архив на междузвездния прах

Едно от местата, където подобни следи могат да бъдат съхранени, е феромангановата кора — минерална кора, която се среща в определени части на океанското дъно. Тя расте изключително бавно, милиметър по милиметър, в продължение на милиони години. Всеки неин слой запазва своеобразна снимка на средата, в която се е формирал.

На практика тази кора е архив на частиците, утаявали се на морското дъно. По нея учените могат да възстановят информация за космическата среда около нашата планета в различни периоди от миналото.

По-рано астрономите тълкуваха присъствието на плутоний-244 в участък от фероманганова кора като знак за експлозия, свързана с r-процес, която се е случила преди около 3,5 милиона години.

До тази времева оценка те стигат, като изчисляват колко далеч може да е била експлозията и колко време би било необходимо на изхвърления материал да достигне Земята — въз основа на количеството плутоний, намерено в кората.

Кол и колегите му обаче избират друг подход.

Кюрий-247 и желязо-60: какво разкриват радиоактивните следи

Вместо да изхождат само от количеството плутоний-244, те търсят следи от друг радиоактивен изотоп, който би трябвало да се образува заедно с плутония при експлозии, свързани с r-процес — кюрий-247. Неговият период на полуразпад е 16 милиона години.

За целта изследователите използват участък от фероманганова кора, изваден през 1976 г. от дълбочина 4830 метра в Тихия океан. Те анализират пробата за наличие на плутоний-244, кюрий-247 и радиоактивен изотоп на желязото — желязо-60, който също има космически произход.

Желязо-60 има период на полуразпад от едва 2,6 милиона години. Наличието му в предишни проби се приема като доказателство за отломки от по-скорошни свръхнови — две събития, за които се смята, че са се случили съответно преди около 2,5 и 7 милиона години. В този смисъл следите от звезден прах, запазени на Земята, са безценен ориентир за пътешествието на планетата ни през Млечния път.

„Желязо-60 е ясен отпечатък от обикновени свръхнови, затова потърсихме едновременно желязо-60 и плутоний-244 и сравнихме следите“, обяснява Кол.

Ако плутоний-244 беше произведен при сравнително скорошно събитие, в океанската кора би трябвало все още да има и следи от кюрий-247.

Такива убедителни следи обаче не са открити.

Това подсказва, че плутоний-244 не е произведен от същите свръхнови, които са оставили следите от желязо-60.

Много по-древен източник от близките свръхнови

Вместо това плутоният вероятно идва от далеч по-старо събитие, свързано с r-процес, чиито отломки отдавна са се разпръснали в междузвездното пространство. Кюрий-247, образуван заедно с него, вече би се разпаднал. Част от плутоний-244 обаче може да е оцеляла, тъй като се разпада значително по-бавно.

„Липсата на радиоизотопа кюрий-247, който също е бил произведен при експлозията, ни показва, че тя се е случила много отдавна“, казва физикът Майкъл Хотчкис от Australian Nuclear Science and Technology Organisation.

„Но не преди повече от около 1 милиард години — иначе и плутоний-244 вече нямаше да бъде откриваем.“

Не можем да знаем със сигурност какъв тип експлозия е произвела плутоний-244. Изследователите обаче смятат, че най-вероятното обяснение е древно и рядко събитие, свързано с r-процес. Сред водещите кандидати е килонова — изключително мощна космическа експлозия, случила се преди повече от 100 милиона години.

А днес Земята вероятно преминава през отломките, които това събитие е оставило след себе си.

Самата експлозия едва ли е била много близо до Земята, когато е избухнала.

Какво ни разказват тези атоми за историята на Млечния път

Но подобни следи дават на учените начин да възстановят историята на експлозиите в Млечния път и да проследят пътя на Слънчевата система през космоса.

Те може да ни помогнат да разберем и повече за историята на самата Земя — откъде са дошли тежките метали на нашата планета и каква роля са изиграли древните космически експлозии в нейната еволюция.

„Повлияло ли е това събитие на живота на Земята?“, пита Хотчкис.

„Това е отворен въпрос, който трябва да бъде изследван в бъдещи проучвания.“

Откритията са публикувани в Nature Astronomy.