Retas kosminis sprogimas: plutonis-244 vandenyne

Įsivaizduokite radioaktyvių žvaigždžių dulkių kruopeles, tekančias per kosmosą ir nusėdančias Ramiojo vandenyno gelmėse. Mažos, nematomos ir keistai ištvermingos. Toks vaizdas išryškėja iš naujo tyrimo, kuris seka plutonio atomus, įstrigusius jūros dugno plutyje, ir sieja juos su retu kosminiu sprogimu prieš šimtus milijonų metų.

Fizikas Dominik Koll ir jo kolegos iš Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sekė izotopinius pėdsakus ferromangano plutoje, iškastoje 1976 m. nuo Ramiojo vandenyno 4 830 metrų gylyje. Pluta formuojasi sluoksnis po sluoksnio, panašiai kaip medžių žiedai, saugodama daleles, kurios krito iš aukštyn. Tarp tų dalelių komanda aptiko plutonio-244 požymius, sunkų elementą, kurio neįmanoma paaiškinti įprasta Žemės chemija.

Plutonis-244 yra r-proceso, greito neutronų sugavimo grandinės, produktas, kuri kuria Visatos sunkiausius elementus. Vietų, kur gali vykti toks intensyvus atomų „surinkimas“, yra nedaug: susidūrusios neutronų žvaigždės, jas lydinčios kilonovos arba ypatingai energingos supernovos. Kas beformavo plutonį šiuo atveju, turėjo būti retas ir stulbinančiai galingas.

Čia yra posūkis. Plutonis-244 turi pusėjimo laiką maždaug 81 milijoną metų. Bet koks primityvus plutonis, likęs nuo Saulės sistemos formavimosi, jau seniai būtų išnykęs. Todėl plutonio-244 buvimas šiuolaikiniuose jūros dugno sluoksniuose pasako paprastą istoriją: medžiaga atvyko po Žemės susidarymo. Tačiau kada?

Ankstesni darbai spėliojo laiką, skaičiuodami, kiek plutonio pateko į plutą, ir retrospektyviai nustatydami sprogimo atstumą ir amžių, darydami išvadą, kad įvykis įvyko prieš tik kelis milijonus metų. Kollo grupė pasirinko kitokį požiūrį. Užuot rėmęsi vien tik absoliučiais plutonio-244 kiekiais, jie ieškojo palydovinių izotopų, kurie būtų susiformavę tame pačiame r-proceso ugnies įvykyje.

Ypač jie ieškojo curiumo-247 ir kosmogeniško geležies izotopo geležies-60. Curiumo-247 skyla su pusėjimo laiku apie 16 milijonų metų, tuo tarpu geležis-60 egzistuoja tik apie 2,6 milijono metų. Geležis-60 jau buvo aptikta anksčiau ir siejama su supernovų nuolaužomis, pasiekusiomis Žemę prieš kelis milijonus metų. Jei nesenas plutonis būtų atkeliavęs iš tų pačių sprogimų, curiumo pėdsakai turėtų vis dar būti aptinkami.

Jie aptiko geležį-60, kas atitinka įprastų netoliese įvykusių supernovų pėdsakus, tačiau neaptiko įtikinamų curiumo-247 požymių. Šis nebuvimas keičia pasakojimą. Tai reiškia, kad plutonis nebuvo pristatytas tais pačiais nesenais sprogimais, kurie atnešė geležį-60. Vietoje to, plutonis, matyt, yra seno r-proceso įvykio likutis, kurio trumpiau gyvenę palydovai jau seniai suylo.

Paprastai tariant: plutonis-244 kilęs iš reto r-proceso sprogimo prieš daugiau nei 100 milijonų metų, o viena iš pagrindinių įtariamųjų yra kilonova.

Mokslininkai elgiasi atsargiai nustatydami tikslią datą. Jei įvykis būtų įvykęs daugiau nei maždaug prieš milijardą metų, net plutonis-244 būtų nuslūgęs už aptikimo ribos. Todėl tikėtinas langas yra platus: senas žmogaus mastu, bet ne toks senas, kad visi pėdsakai būtų išnykę. Tų sprogimų nuolaužos vėliau susimaišė su tarpžvaigždine medžiaga, ir Žemė dabar kerta tą praskiestą aidą.

Reikšmė siekia toliau nei tik įdomi kosminė detektyvinė istorija. Šie pėdsakai yra naujo tipo archyvas, būdas skaityti Paukščių Tako sprogimų istoriją ir žemėlapyti kelią, kuriuo mūsų Saulės sistema keliavo per besikeičiančius žvaigždžių nuolaužų debesis. Jie taip pat svarbūs mūsų planetos kilmės pasakojimams: sunkieji elementai Žemės plutoje galiausiai atsirado iš tokių smurtinių įvykių, o žinojimas kada ir kur jie įvyko padeda sujungti platesnį geologinį ir astrofizikinį kontekstą.

Ar tas senovinis sprogimas paveikė biologinę mūsų planetos istoriją? Tyrėjai sako, kad šis klausimas lieka atviras. Kol kas turime akivaizdų priminimą, kad kosmosas nėra tik fonas, bet ir aktyvus veikėjas Žemės istorijoje, barstydamas senovinių katastrofų reliktus po jūros dugną tam, kad mokslininkai juos rastų.