Astronómia Hviezdny prach objavený na dne oceánu
V ohnivej guli supernovy je vytvorených veľa nových prvkov, vrátane železa-60. Ak vedci detekujú tento izotop na Zemi, musel pochádzať z vesmíru nie tak dávno.
25. augusta 2020 - 8:08, Thomas Bührke
Berlín/Drážďany Každý rok steká na zem niekoľko tisíc ton kozmického prachu. Väčšina z týchto drobných častíc pochádza z asteroidov a komét v našej slnečnej sústave. Malá časť k nám však prichádza zo vzdialených hviezd. Odhaľuje sa prostredníctvom zložky, ktorá na zemi neexistuje: izotop železo-60, variant prvku železa. Výskumnému tímu pod vedením Antona Wallnera z Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) sa teraz podarilo vystopovať taký hviezdny prach v hlbokomorských sedimentoch. Jeho vznik je záhadou, hlásia sa v odbornom časopise PNAS.
Lokalita sa nachádza v hĺbke 4 200 metrov v juhovýchodnej indickej kotline, asi tisíc kilometrov od juhozápadného cípu Austrálie. V jednom z týchto metrov dlhých vrtných jadier z Výskumného ústavu morskej geológie Antarktídy na Floridskej štátnej univerzite našli vedci pred niekoľkými rokmi železo-60. Čím je tento izotop taký zaujímavý?
Železo-60 je nestabilné a rozpadá sa; každých 2,6 milióna rokov sa pôvodne dostupná suma zníži na polovicu. Ak bol železo-60 prítomný pri vzniku Zeme pred 4,6 miliardami rokov, úplne sa rozpadol dodnes. Neexistujú žiadne pozemské zdroje. Ak je tento izotop zistený kdekoľvek, musel nie tak dávno pochádzať z vesmíru. Astronómovia poznajú jeden zdroj: explodujúce hviezdy, tiež známe ako supernovy. V ohnivej guli supernovy je vytvorených veľa nových prvkov, vrátane železa-60. Tieto atómy sa pripájajú k drobným prachovým časticiam a cestujú po nich vesmírom. Ak sa v určitom okamihu zrazia so zemou, ponoria sa cez atmosféru na zem a sú usadené.
Výbuchy v mladej hviezdokope
Tím pod vedením Gunthera Korschinka z Mníchovskej technickej univerzity objavil Eisen-60 prvýkrát pred 20 rokmi. Našli ho v mangánových kôrach južného Pacifiku. Tieto hlbokomorské náleziská obsahujú veľa železa a rastú veľmi pomaly, niekoľko milimetrov za milión rokov. To silno stláča materiál. Vzácne látky, ako je železo-60, sú koncentrované v malom množstve a dajú sa tak ľahšie zistiť. Pomalý rast však sťažuje datovanie, pretože vrstvy uložené každý rok sú veľmi tenké. Hlbokomorské jadrá by mali poskytovať presnejšie informácie, ktoré môžu rásť o niekoľko milimetrov za pouhých tisíc rokov.
Tento dôkaz sa skutočne dosiahol pred štyrmi rokmi. Je zaujímavé, že obzvlášť vysoké koncentrácie sa zistili pred 1,7 až 3,2 miliónmi rokov a medzi 6,5 až 8,7 miliónmi rokov. Presné analýzy Dietera Breitschwerdta a Jenny Feige z Technickej univerzity v Berlíne naznačujú, že okolo 16 supernov explodovalo jeden po druhom v mladej hviezdokope a vyvrhlo železo-60 do vesmíru. Prežívajúcich členov hviezdokopy je možné dodnes pozorovať v súhvezdiach Škorpión a Kentaur. Mraky výbuchu sa rozšírili a spojili do veľkej plynovej bubliny. V tom čase boli supernovy vzdialené asi 300 svetelných rokov. To spôsobilo, že uvoľnené UV a röntgenové lúče pozemskej biosféry pravdepodobne neboli nebezpečné. Odborníci očakávajú vážne škody iba na vzdialenosti menej ako 30 svetelných rokov.
Minulý rok spôsobili vedci rozruch objavom železa-60 v Antarktíde. Za týmto účelom zhromaždili 500 kilogramov snehu, zabalili ho do škatúľ a dopravili do Nemecka, kde ho bolo možné po rozsiahlom chemickom spracovaní analyzovať. Železo-60, ktoré sa v ňom našlo, však nespadlo na zem pred miliónmi rokov, ale až nedávno, pretože zhromaždený sneh nebol starší ako 20 rokov. Zdalo sa tiež, že to pochádza zo supernov nie príliš ďaleko. Zdá sa, že naša planéta bola v minulosti mnohokrát vystavená ohňostroju explodujúcich hviezd. Avšak bez vážnejších následkov na živote pre neho.
Astronómovia zistili, že naša slnečná sústava sa nachádza v zbierke oblakov horúcich plynov nazývaných Miestny medzihviezdny mrak. Toto mohli vytvoriť supernovy. Asi pred 40 000 rokmi naša slnečná sústava vstúpila do malého čiastočného oblaku s priemerom asi 16 svetelných rokov. O niekoľko tisíc rokov to opäť opustí. „Preto nás obzvlášť zaujímajú sedimenty novšieho dátumu formovania, tj. Času, ktorý zodpovedá ceste medzihviezdnym mrakom,“ popisuje Anton Wallner základnú myšlienku najnovšej práce. Viedol výskumné práce na Austrálskej národnej univerzite (ANU) v Canberre a nedávno začal vykonávať výskum na HZDR a TU Dresden.
60 gramov železa-60 za 33 000 rokov
Cesta od jadra nácviku k finálnej analýze je dlhá a veľmi časovo náročná, pričom kľúčovú úlohu hrajú Silke Merchel z HZDR a Jenny Feige z TU Berlin. Najskôr zistili, že horných osem palcov jadra trvalo posledných 33 000 rokov. Táto oblasť bola rozdelená na päť centimetrov dlhé segmenty a potom bola zmeraná. Len veľmi málo 60 atómov železa v ňom obsiahnutých bolo možné zistiť iba pomocou mimoriadne citlivého hmotnostného spektrometra urýchľovača na Austrálskej národnej univerzite. Nakoniec všetky skúmané sedimenty obsahovali iba devätnásť atómov železa - 60. „Extrapolované na celý povrch Zeme to znamená, že za posledných 33 000 rokov spadlo na celú zem spolu iba 60 gramov železa-60 z hviezdneho prachu,“ uviedol Wallner.
To je menej, ako stanovili vedci pre udalosť spred 1,7 až 3,2 milióna rokov. Takže teraz nájdený železo-60 nepochádza zo supernovy? Veľmi hmotné hviezdy môžu generovať izotop v menších množstvách ešte pred ich výbušným koncom a nechať ho unášať do vesmíru hviezdnym vetrom. Žiadna hviezda tohto druhu však nie je známa v okruhu niekoľkých svetelných rokov. Pre svoju obrovskú svietivosť nemôžu uniknúť astronómom. Vyvstáva teda otázka, odkiaľ častice pochádzajú a ako vznikol medzihviezdny mrak, ktorým sa pohybuje naša slnečná sústava.
Wallner poukazuje na možnosť, ktorú jeho kolegovia nedávno priniesli: Je mysliteľné, že „železo-60 uzavreté v prachových časticiach sa v medzihviezdnom prostredí odrážalo niekoľkokrát, takže sa do istej miery tlačilo okolo,“ hovorí Wallner. To by znamenalo, že častice by sa pohybovali vo vesmíre oveľa dlhšie, ako sa očakávalo. Vďaka tomu mohol detekovaný železo-60 pochádzať zo starších supernov, ktorých výbuchové mraky sa dnes už nedajú nájsť. „Potom zmeriame akúsi ozvenu týchto vesmírnych erupcií.“
Táto astronómia z oceánskeho dna ponúka astrofyzikom úplne nové poznatky o štruktúre a vývoji Mliečnej dráhy.