Na dnu svjetskih oceana znanstvenici su pronašli tragove radioaktivnog plutonija koji bi mogli predstavljati jedan od najstarijih poznatih dokaza drevne kozmičke katastrofe koja se dogodila u Mliječnoj stazi prije više od 100 milijuna godina.

Novo istraživanje sugerira da se atomi plutonija pronađeni u oceanskom sedimentu mogu povezati s iznimno rijetkim i snažnim svemirskim eksplozijama, među kojima se kao jedan od najizglednijih kandidata ističe sudar dviju neutronskih zvijezda. Još zanimljivije, znanstvenici smatraju da ostaci tog davnog događaja i danas nastavljaju pristizati na Zemlju u obliku kozmičke prašine koja putuje međuzvjezdanim prostorom.

Takvi sudari neutronskih zvijezda uzrokuju spektakularne eksplozije poznate pod nazivom kilonove. Riječ je o događajima tijekom kojih nastaju neki od najtežih i najvrjednijih elemenata u svemiru.

Iako ovo nije prvi put da znanstvenici povezuju kilonove s neobičnim kemijskim tragovima pronađenima na morskom dnu, novo istraživanje predvođeno fizičarom Dominikom Kollom iz njemačkog istraživačkog centra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf moglo bi pomoći u preciznijem određivanju vremena kada se taj drevni događaj dogodio. Time bi se moglo rasvijetliti i kroz kakva je međuzvjezdana okruženja Sunčev sustav prolazio tijekom svoje višemilijardne povijesti, piše Science Alert.

„Naši rezultati upućuju na to da plutonij potječe iz vrlo rijetkih kozmičkih eksplozija, poput onih koje nastaju tijekom spajanja dviju neutronskih zvijezda ili tijekom iznimno energetskih supernova“, izjavio je fizičar Anton Wallner iz Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfa.

Dodao je kako se materijal nastao u takvim eksplozijama tijekom vremena raspršio po međuzvjezdanom prostoru.

Plutonij-244 može nastati samo u ekstremnim kozmičkim uvjetima

Plutonij je jedan od najtežih prirodnih elemenata u svemiru. Radioaktivni izotop koji je bio u središtu ovog istraživanja, plutonij-244, prema sadašnjim spoznajama može nastati samo tijekom iznimno rijetkih kozmičkih događaja koji proizvode ogromne količine neutrona.

Tijekom procesa poznatog kao brzi zahvat neutrona ili r-proces, atomske jezgre velikom brzinom apsorbiraju neutrone te postaju sve teže. Upravo se na taj način stvaraju neki od najtežih elemenata u svemiru. Jednim od najvažnijih mjesta na kojima se odvija taj proces smatraju se upravo kilonove nastale sudarima neutronskih zvijezda.

Zbog toga svaki prirodno nastali plutonij-244 koji se danas pronađe na Zemlji gotovo sigurno ima izvanzemaljsko podrijetlo.

Međutim, postoji važan problem. Poluživot plutonija-244 iznosi približno 81 milijun godina. To znači da je sav plutonij koji je možda bio prisutan tijekom nastanka Sunčeva sustava prije oko 4,6 milijardi godina odavno trebao nestati radioaktivnim raspadom.

Ako se danas pronalazi na Zemlji, morao je stići znatno kasnije.

Oceansko dno čuva zapis kozmičke prošlosti

Jedno od mjesta na kojem znanstvenici traže tragove takvih događaja nalazi se na dnu oceana, u takozvanoj feromanganskoj kori.

Ta se kora stvara iznimno sporo, sloj po sloj, debljinom od svega nekoliko milimetara tijekom milijuna godina. Svaki novi sloj čuva informacije o okolišu u kojem je nastao, stvarajući svojevrsni geološki arhiv.

Drugim riječima, feromanganska kora predstavlja zapis svih čestica koje su tijekom vremena padale na morsko dno. Upravo zato znanstvenici njezin sastav koriste kako bi rekonstruirali svemirsko okruženje kroz koje je prolazila Zemlja.

Ranija istraživanja prisutnost plutonija-244 u pojedinim dijelovima te kore tumačila su kao dokaz da se eksplozija povezana s r-procesom dogodila prije otprilike 3,5 milijuna godina.

Do takvog zaključka došlo se procjenom udaljenosti eksplozije i vremena potrebnog da njezini ostaci stignu do Zemlje, na temelju količine plutonija pronađene u kori.

Novi pristup donio je drukčije rezultate

Dominik Koll i njegovi suradnici odlučili su problem promatrati iz drukčije perspektive.

Umjesto da zaključke izvode iz količine pronađenog plutonija-244, tražili su tragove drugog radioaktivnog izotopa koji bi trebao nastajati zajedno s plutonijem tijekom eksplozija povezanih s r-procesom.

Riječ je o kuriju-247, radioaktivnom izotopu čiji poluživot iznosi oko 16 milijuna godina.

Znanstvenici su analizirali uzorak feromanganske kore izvađen 1976. godine s dubine od 4.830 metara ispod površine Tihog oceana. U tom su uzorku tražili plutonij-244, kurij-247 te željezo-60, radioaktivni izotop željeza kozmičkog podrijetla.

Željezo-60 ima znatno kraći poluživot od svega 2,6 milijuna godina. Njegova prisutnost u ranijim uzorcima već je bila protumačena kao dokaz ostataka relativno nedavnih supernova koje su se, prema procjenama, dogodile prije približno 2,5 milijuna odnosno 7 milijuna godina.

„Željezo-60 predstavlja jasan otisak prsta klasičnih supernova, pa smo tražili i željezo-60 i plutonij-244 te usporedili njihove tragove“, objasnio je Koll.

Nedostatak ključnog elementa promijenio je cijelu priču

Da je plutonij-244 nastao tijekom relativno nedavne eksplozije, u uzorku bi i dalje trebali postojati tragovi kurija-247.

No istraživači nisu pronašli uvjerljive dokaze njegove prisutnosti.

Takav rezultat sugerira da plutonij-244 nije nastao u istim supernovama koje su proizvele željezo-60.

Umjesto toga, čini se da plutonij potječe iz mnogo starijeg događaja povezanog s r-procesom, čiji su se ostaci tijekom vremena raspršili međuzvjezdanim prostorom. Kurij-247 koji je nastao tijekom iste eksplozije u međuvremenu se raspao zbog kraćeg poluživota, dok je dio plutonija-244 preživio jer se raspada znatno sporije.

„Izostanak radioaktivnog izotopa kurija-247, koji je također nastao tijekom eksplozije, govori nam da se taj događaj zbio vrlo davno“, rekao je fizičar Michael Hotchkis iz Australske organizacije za nuklearnu znanost i tehnologiju.

Istodobno upozorava da događaj nije mogao biti stariji od približno milijardu godina.

„Ali ne prije više od otprilike milijardu godina, jer tada više ne bismo mogli otkriti ni plutonij-244“, pojasnio je.

Zemlja možda prolazi kroz ostatke drevne eksplozije

Iako znanstvenici ne mogu sa sigurnošću utvrditi kakva je točno eksplozija proizvela plutonij-244, smatraju da je najvjerojatnije riječ o rijetkom događaju povezanom s r-procesom, pri čemu se kilonova nastala sudarom neutronskih zvijezda nalazi među glavnim kandidatima.

Prema njihovim procjenama, taj se događaj dogodio prije više od 100 milijuna godina.

Danas se Zemlja, zajedno sa Sunčevim sustavom, vjerojatno kreće kroz ostatke materijala koje je ta eksplozija ostavila iza sebe.

Znanstvenici smatraju da se eksplozija nije dogodila u neposrednoj blizini Zemlje. Ipak, tragovi koje je ostavila pružaju vrijedan uvid u povijest eksplozija unutar Mliječne staze i putovanje Sunčeva sustava kroz galaksiju.

Takva istraživanja mogla bi pomoći i u razumijevanju Zemljine prošlosti, uključujući podrijetlo teških metala na našem planetu te mogući utjecaj drevnih kozmičkih eksplozija na njegov razvoj.

Jedno od pitanja koje i dalje ostaje bez odgovora jest jesu li takvi događaji imali ikakav utjecaj na život na Zemlji.

„Je li ovaj događaj utjecao na život na Zemlji?“ upitao je Hotchkis.

„To je otvoreno pitanje koje će trebati istražiti u budućim znanstvenim studijama.“

Rezultati istraživanja objavljeni su u znanstvenom časopisu Nature Astronomy.