Η Γη φαίνεται να κινείται μέσα από τα απομεινάρια μιας αρχαίας αστρικής έκρηξης, και οι αποδείξεις βρέθηκαν παγωμένες βαθιά στον ανταρκτικό πάγο.
Ερευνητές εντόπισαν νέα στοιχεία ότι ο πλανήτης μας ταξιδεύει μέσα σε ένα νέφος αρχαίων αστρικών υπολειμμάτων, προϊόν μιας παλιάς έκρηξης υπερκαινοφανούς. Αναλύοντας πάγο της Ανταρκτικής που σχηματίστηκε πριν από δεκάδες χιλιάδες χρόνια, ανίχνευσαν ίχνη σιδήρου-60, ενός σπάνιου ραδιενεργού ισοτόπου που δημιουργείται σε υπερκαινοφανείς. Τα ευρήματα στηρίζουν την ιδέα ότι το Τοπικό Διαστρικό Νέφος που περιβάλλει το Ηλιακό Σύστημα περιέχει υλικό από αρχαία αστρική έκρηξη.
Την έρευνα υπέγραψε διεθνής ομάδα από το Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), με τα αποτελέσματα να δημοσιεύονται στο Physical Review Letters.
Ο σίδηρος-60 σχηματίζεται στο εσωτερικό μεγάλων άστρων και απελευθερώνεται στο Διάστημα όταν αυτά εκρήγνυνται ως υπερκαινοφανείς. Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι η Γη εκτέθηκε σε σίδηρο-60 από κοντινές υπερκαινοφανείς πριν από εκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, καμία πρόσφατη έκρηξη κοντά στη Γη δεν είναι γνωστή, κάτι που άφηνε ασαφή την προέλευση του σιδήρου-60 που είχε βρεθεί πριν από λίγα χρόνια σε σχετικά νέο ανταρκτικό χιόνι.
«Η ιδέα μας ήταν ότι το Τοπικό Διαστρικό Νέφος περιέχει σίδηρο-60 και μπορεί να τον “αποθηκεύει” για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Καθώς το Ηλιακό Σύστημα κινείται μέσα στο νέφος, η Γη θα μπορούσε να συλλέγει αυτό το υλικό. Ωστόσο, τότε δεν μπορούσαμε να το αποδείξουμε», εξηγεί ο Dr. Dominik Koll από το Institute of Ion Beam Physics and Materials Research του HZDR.
Για να προχωρήσουν, ο Koll και ο καθηγητής Anton Wallner μελέτησαν τα τελευταία χρόνια επιπλέον γεωλογικά δείγματα, μεταξύ των οποίων θαλάσσια ιζήματα ηλικίας έως 30.000 ετών. Και αυτά περιείχαν σίδηρο-60, χωρίς όμως να επιτρέπουν τον πλήρη αποκλεισμό άλλων εξηγήσεων.
Τα νέα δείγματα ανταρκτικού πάγου είναι πολύ παλαιότερα, ηλικίας 40.000 έως 80.000 ετών. Σύμφωνα με την ομάδα, τα αποτελέσματα δείχνουν με ισχυρό τρόπο το Τοπικό Διαστρικό Νέφος ως πηγή του ραδιενεργού υλικού.
«Αυτό σημαίνει ότι τα νέφη που περιβάλλουν το Ηλιακό Σύστημα συνδέονται με αστρική έκρηξη. Και για πρώτη φορά μας δίνεται η ευκαιρία να διερευνήσουμε την προέλευση αυτών των νεφών», λέει ο Koll.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το Ηλιακό Σύστημα εισήλθε στο Τοπικό Διαστρικό Νέφος πριν από δεκάδες χιλιάδες χρόνια και αναμένεται να το εγκαταλείψει μέσα στα επόμενα λίγα χιλιάδες χρόνια. Σήμερα, βρίσκεται κοντά στο εξωτερικό όριο του νέφους.
Για τη μελέτη, η ομάδα επικεντρώθηκε σε πυρήνα πάγου που καλύπτει την περίοδο κατά την οποία το Ηλιακό Σύστημα μπορεί να εισήλθε στο νέφος. Το δείγμα παρείχε το Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) μέσω του ευρωπαϊκού προγράμματος γεώτρησης πάγου EPICA.
Συγκρίνοντας τα ευρήματα από τον πυρήνα πάγου με προηγούμενες μετρήσεις σε χιόνι και ιζήματα βυθού, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μεταξύ 40.000 και 80.000 ετών πριν από σήμερα έφθανε στη Γη λιγότερος σίδηρος-60 απ’ ό,τι σήμερα.
«Αυτό υποδηλώνει ότι προηγουμένως βρισκόμασταν σε ένα μέσο με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε σίδηρο-60 ή ότι το ίδιο το νέφος παρουσιάζει ισχυρές μεταβολές πυκνότητας», εξηγεί ο Koll.
Η ομάδα είδε ότι το σήμα του σιδήρου-60 μεταβάλλεται αισθητά σε χρονικές κλίμακες μόλις δεκάδων χιλιάδων ετών, ρυθμός σχετικά γρήγορος για τα κοσμικά δεδομένα. Αυτό βοήθησε να αποκλειστούν ανταγωνιστικές θεωρίες, όπως ότι το υλικό προέρχεται από παλαιότερες υπερκαινοφανείς με αργή αποσύνθεση σε βάθος εκατομμυρίων ετών.
Για να πραγματοποιηθεί η ανάλυση, οι ερευνητές μετέφεραν περίπου 300 κιλά ανταρκτικού πάγου από το AWI στο Μπρέμερχαφεν στη Δρέσδη για χημική επεξεργασία. Μετά την εκτενή προετοιμασία, απέμειναν μόνο λίγες εκατοντάδες χιλιοστά του γραμμαρίου σκόνης.
Από εκεί, διαχώρισαν προσεκτικά τον σίδηρο-60, προσπαθώντας να μην χαθεί υλικό στη διαδικασία. Στο εργαστήριο DREsden Accelerator Mass Spectrometry (DREAMS) του HZDR, δοκίμασαν τα δείγματα με δύο ακόμη ραδιενεργά ισότοπα, βηρύλλιο-10 και αλουμίνιο-26. Επειδή τα αναμενόμενα επίπεδα αυτών των ισοτόπων στον ανταρκτικό πάγο είναι καλά γνωστά, οι ερευνητές μπόρεσαν να επαληθεύσουν ότι δεν υπήρξε απώλεια σιδήρου-60 κατά την προετοιμασία.
Για τις τελικές μετρήσεις χρησιμοποιήθηκε το Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) στο Australian National University, η μοναδική σήμερα εγκατάσταση παγκοσμίως ικανή να ανιχνεύσει τόσο μικροσκοπικές ποσότητες σιδήρου-60. Με ηλεκτρικά και μαγνητικά φίλτρα, το σύστημα διαχώρισε άτομα ανά μάζα, μέχρι που απέμειναν μόλις λίγα άτομα σιδήρου-60 από αρχικό δείγμα με 10 τρισεκατομμύρια άτομα.
«Είναι σαν να ψάχνεις μια βελόνα σε 50.000 ποδοσφαιρικά στάδια γεμάτα μέχρι την οροφή με άχυρο. Το μηχάνημα βρίσκει τη βελόνα μέσα σε μία ώρα», εξηγεί η Annabel Rolofs από το University of Bonn.
«Μέσα από πολλά χρόνια συνεργασίας με διεθνείς συναδέλφους, αναπτύξαμε μια εξαιρετικά ευαίσθητη μέθοδο που μας επιτρέπει σήμερα να ανιχνεύουμε το καθαρό αποτύπωμα κοσμικών εκρήξεων που συνέβησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια σε γεωλογικά αρχεία», συνοψίζει ο Wallner.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να μελετήσουν ακόμη παλαιότερους πυρήνες πάγου, από εποχή πριν το Ηλιακό Σύστημα εισέλθει στο Τοπικό Διαστρικό Νέφος. Το AWI συμμετέχει στο Beyond EPICA – Oldest Ice, που στοχεύει στην ανάκτηση δειγμάτων πάγου από ακόμη βαθύτερο παρελθόν της Γης.
Υλικό παρείχε το Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να έχει υποστεί επιμέλεια ύφους και έκτασης.
