Звездная пыль изо льдов Антарктиды раскрывает путешествие Земли сквозь космос

Фото из открытых источников

Сверкающий «космический корабль Земля» и Солнечная система, в которой он находится, не неподвижны в космосе, а медленно и величественно вращаются, являясь частью галактического вальса вокруг сердца Млечного Пути.

Зачастую нам невозможно узнать, где именно находилась Солнечная система на протяжении этого древнего путешествия, — но недавно появились новые подсказки, застывшие на протяжении десятков тысяч лет во льду Антарктиды. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Там группа ученых во главе с ядерным астрофизиком Домиником Коллом из Дрезденско-Россендорфского центра им. Гельмгольца в Германии обнаружила редкие изотопы железа, которые указывают на недавнее прохождение нашей планеты через межзвездное облако пыли от сверхновых — остатки давно умерших звезд.

В последние десятилетия антарктический ледяной щит стал бесценным источником информации об истории нашей планеты. Он начал формироваться слой за слоем из выпавшего снега около 35 миллионов лет назад, и в каждом слое частицы из атмосферы захватывались и замерзали.

Со временем это слоистое образование, сжатое собственным весом, превратилось в вертикальную капсулу времени, из которой ученые могут извлекать длинные цилиндры льда для хронологической записи изменений атмосферы на протяжении миллионов лет.

В 2019 году Колл и его коллеги исследовали свежевыпавший антарктический снег и обнаружили следы изотопа железа, называемого 60Fe или железом-60.

Теперь они обнаружили изотоп железа-60, замороженный в ледяных кернах, датируемых периодом от 40 000 до 81 000 лет назад.

Железо-60 особенное, потому что оно может образовываться только в экстремальных условиях, которые не встречаются в природе на Земле, например, при взрывах сверхновых.

Вполне возможно, что некоторое количество железа-60 попало в Землю в процессе её формирования, но с периодом полураспада всего в 2,6 миллиона лет, оно практически полностью распалось примерно через 15 миллионов лет. Любое количество железа-60, присутствовавшее при формировании Земли 4,5 миллиарда лет назад, давно исчезло.

Это означает, что любое содержание железа-60, обнаруженное на нашей планете выше определенного фонового порога, должно было попасть туда из космоса. Не существует известного природного способа, позволяющего Земле производить его в значительных количествах.

Кроме того, учитывая способ его образования, ученые считают, что его присутствие на Земле, как в океанических отложениях, так и в недавних снегопадах, означает, что наша Солнечная система прошла через обломки сверхновых — и, возможно, все еще проходит через них.

После обнаружения железа-60 в поверхностном снегу Колл и его коллеги решили буквально копать глубже, чтобы выяснить, насколько далеко в прошлое простирается летопись железа-60.

Используя образцы, собранные в рамках Европейского проекта по бурению ледяных кернов в Антарктиде (EPICA), исследователи просеяли 295 килограммов антарктического льда в поисках неуловимых атомов железа-60.

Они растопили лед, извлекли оставшееся и подсчитали количество найденных атомов железа-60.

Результаты показали более высокую концентрацию железа-60, чем можно объяснить очень малым фоновым вкладом космических лучей, падающих на Землю, — это позволяет предположить, что по крайней мере часть железа-60 в антарктическом льду должна была попасть туда из межзвездного пространства.

И вот тут начинается самое интересное. Концентрация железа-60 во льду, образовавшемся десятки тысяч лет назад, значительно ниже, чем концентрация в снегу за последние несколько десятилетий.

В настоящее время Солнечная система движется через область, называемую Местным межзвездным облаком, состоящую из газа, пыли и плазмы, которая, по мнению ученых, образовалась в результате активности сверхновых. Следовательно, логично предположить, что это облако покрывает Землю очень слабым дождем из железа-60.

Результаты исследований Колла и его команды указывают на то, что антарктический лед представляет собой запись полета Земли сквозь облако, что, в свою очередь, детально раскрывает структуру облака. Более того, это подразумевает наличие в облаке более плотных и более тонких областей пыли, содержащей железо-60.

Это действительно крутое открытие, сделанное на основе нескольких атомов в куске льда.

Данные ледяных кернов свидетельствуют о том, что Солнечная система, возможно, перемещалась сквозь облака по меньшей мере 80 000 лет, сначала проходя через более разреженный регион, а затем переходя в более плотный, через который мы продолжаем перемещаться и сегодня.

На самом деле нам точно неизвестно происхождение Местного межзвездного облака. Результаты исследований команды согласуются с версией о его происхождении от сверхновой и указывают на возможность проследить структуру облака по материальным объектам здесь, на Земле.

«Эти результаты позволяют предположить, что Местное межзвездное облако является космическим архивом железа-60, образовавшегося в результате взрывов сверхновых», — пишут исследователи. «Отпечаток шестивалентного железа во временном профиле свидетельствует об изменении местной межзвездной среды за последние 80 000 лет».