Антарктичний лід раптово відкрив правду про наше місце у галактичній системі

Як стародавній лід Антарктиди став ключем до розгадки космічних таємниць?

На Землі існує особливий вид заліза, який неможливо створити в природних умовах нашої планети. Це ізотоп залізо-60 – радіоактивна речовина, що виникає лише в надрах масивних зірок під впливом екстремального тиску. Коли така зоря завершує свій життєвий шлях грандіозним вибухом наднової, цей ізотоп викидається у відкритий космос, пише Universe Today.

Період напіврозпаду заліза-60 становить 2,6 мільйона років. Це занадто мало в космічних масштабах, тому будь-яка кількість цієї речовини, що була присутня при формуванні Сонячної системи 4,5 мільярда років тому, вже давно зникла. Отже, будь-який атом заліза-60, знайдений на Землі сьогодні, має позаземне походження.

Вченим уже давно відомо, що наша система принаймні двічі потрапляла під вплив вибухів наднових мільйони років тому, про що свідчать поклади в глибоководних осадах та місячних породах. Проте справжньою загадкою стало виявлення заліза-60 у поверхневому снігу Антарктиди, вік якого не перевищував 20 років. Оскільки поблизу Сонця останнім часом не було зафіксовано жодних вибухів зірок, дослідники почали шукати альтернативне джерело цих "космічних опадів".

Відповідь знайшла міжнародна група вчених під керівництвом доктора Домініка Колла та професора Антона Валлнера з Центру імені Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR). Згідно з їхніми висновками, опублікованими в журналі Physical Review Letters, наша Сонячна система наразі проходить крізь велику міжзоряну хмару – розріджену область газу та пилу в Чумацькому Шляху. Ця хмара діє як своєрідний резервуар, зберігаючи залізо-60 від стародавніх наднових і поступово "запилюючи" Землю під час нашого руху крізь неї.

Для підтвердження цієї теорії команда проаналізувала крижані керни з європейського проєкту буріння в Антарктиді EPICA. Вони вивчали зразки льоду віком від 40 000 до 81 000 років – саме той період, коли Сонячна система, за розрахунками, почала входити в цю хмару. Дослідження показало, що рівень заліза-60 у стародавньому льоду значно нижчий, ніж у сучасному снігу.

Це свідчить про те, що раніше ми перебували в середовищі з меншим вмістом заліза-60, або ж сама хмара має сильні коливання щільності,
– прокоментував доктор Домінік Колл з Інституту фізики іонних пучків та дослідження матеріалів HZDR.

Процес виділення космічного пилу вимагав неймовірної точності, пишуть автори в пресрелізі для HZDR. Близько 300 кілограмів антарктичного льоду доставили з Бремергафена до Дрездена, де його піддали тривалій хімічній обробці. У результаті вчені отримали лише кілька сотень міліграмів пилу, в якому потрібно було знайти поодинокі атоми заліза-60.

Для цього використали прискорювальну мас-спектрометрію в австралійському Національному університеті в Канберрі.

Це все одно, що шукати голку в 50 000 футбольних стадіонах, заповнених сіном до самого даху. Машина знаходить цю голку за годину,
– каже Аннабель Ролофс з Боннського університету. Спеціальні електричні та магнітні фільтри відокремлювали атоми за масою, доки не залишалися лише потрібні одиниці ізотопу.

Результати аналізу дозволили відкинути інші теорії, наприклад, поступове згасання сигналу від наднових, що вибухнули мільйони років тому. Швидка зміна концентрації ізотопу протягом останніх 40 000 років доводить, що джерелом є саме Місцева міжзоряна хмара.

Завдяки багаторічній співпраці з міжнародними колегами ми розробили надзвичайно чутливий метод, який тепер дозволяє нам виявляти чіткий підпис космічних вибухів, що сталися мільйони років тому, у геологічних архівах сьогодні,
– підсумував професор Антон Валлнер.

Сонячна система увійшла в цю область космосу кілька десятків тисяч років тому і покине її приблизно через 2 000 – 6 000 років. Зараз ми перебуваємо біля її краю, де хмара стає густішою.

Подальші плани вчених включають аналіз ще давнішого льоду в межах проєкту Beyond EPICA, щоб отримати "знімок" часу, коли цей незвичайний дощ із зоряного пилу ще навіть не почався.

Вам також буде цікаво дізнатися: що відбувається після вибуху наднових

Коли масивна зоря вибухає як наднова, вона не просто зникає. Такий вибух стає одним із найважливіших процесів у галактиці, оскільки саме наднові створюють і розкидають у космосі важкі елементи, пише 24 Канал. До вибуху зоря складається переважно з водню та гелію, але в її надрах поступово формуються дедалі важчі речовини – кисень, кремній, кальцій, залізо та інші елементи. Під час колапсу ядра і подальшого вибуху ці речовини викидаються у міжзоряний простір зі швидкістю тисячі кілометрів за секунду.

Після вибуху наднової залишається кілька можливих об'єктів:

• Якщо зоря була достатньо масивною, її ядро стискається у нейтронну зорю – надщільний об'єкт, де речовина настільки стиснута, що чайна ложка такої матерії важила б мільярди тонн.
• Якщо ж зоря була ще масивнішою, колапс не зупиняється, і утворюється чорна діра.
• Навколо цих залишків часто виникають туманності – гігантські хмари гарячого газу та пилу. Відомим прикладом є Крабоподібна туманність, яка лишилася після вибуху наднової, зафіксованого у 1054 році.

Матеріал, викинутий надновими, не зникає безслідно. Газ і пил поступово змішуються з міжзоряним середовищем галактики. Через мільйони років ці речовини можуть стискатися під дією гравітації та формувати нові зорі, планети й астероїди.

Фактично, Земля, люди та все живе складаються з такого "зоряного попелу". Залізо в крові, кальцій у кістках і кисень в атмосфері колись були синтезовані у надрах древніх зірок і розкидані вибухами наднових.

Чому Земля опинилася в такій хмарі?

Причина того, чому Земля зараз перебуває всередині цієї хмари, пов'язана з рухом галактики. Чумацький Шлях не є нерухомою структурою. Він обертається, а зорі разом зі своїми планетарними системами рухаються крізь галактичні рукави. Сонце також летить крізь галактику зі швидкістю сотні кілометрів за секунду та за мільйони років постійно змінює своє положення.

Тому нинішня область космосу, де розташована Сонячна система, у далекому минулому могла виглядати зовсім інакше. Тут могли існувати інші зорі, зоряні скупчення та відбуватися вибухи наднових. Після таких катастроф у просторі залишаються хмари гарячого газу, пилу та важких елементів. Через мільйони років ці залишки охолоджуються та перетворюються на міжзоряні хмари, через які пізніше проходять інші зоряні системи, включно із Сонцем, підсумовує 24 Канал.

Фактично, Сонячна система постійно "мандрує" крізь різні області галактики. Сьогодні ми перебуваємо в локальній бульбашці – області розрідженого гарячого газу, яка, ймовірно, теж виникла після серії древніх вибухів наднових. Усередині неї існують щільніші міжзоряні хмари, однією з яких є Місцева міжзоряна хмара, пише Springer.

Чи небезпечна для Землі та людей Місцева міжзоряна хмара?

Місцева міжзоряна хмара не становить прямої загрози для людей. Вона надзвичайно розріджена. Навіть у щільніших її ділянках концентрація атомів у мільйони разів нижча, ніж у найкращому вакуумі, який можна створити на Землі. Людина не "відчує" проходження крізь таку хмару.

Однак певний вплив на Сонячну систему міжзоряні хмари можуть мати. Сонце постійно створює геліосферу – гігантський "міхур" із сонячного вітру, який частково захищає Землю від космічного випромінювання. Якщо Сонячна система входить у густішу міжзоряну хмару, ця геліосфера може стискатися. У такому випадку більше космічних променів проникатиме у внутрішню частину Сонячної системи. До такого висновку дійшли науковці в своїй роботі, яка з'явилась у журналі Nature.

Деякі дослідження припускають, що кілька мільйонів років тому Земля могла проходити через значно густіші міжзоряні області, і це потенційно впливало на клімат та атмосферу. Але навіть ці сценарії не виглядають як катастрофа рівня масового вимирання. Йдеться радше про довготривалі зміни радіаційного фону, атмосфери та поведінки космічних променів.

Сучасна Місцева міжзоряна хмара вважається відносно безпечною.