С помощью анализа проб из океанских глубин ученым удалось узнать кое-что новое о взрывной смерти массивных звезд, существовавших когда-то в относительной близости к нашей Солнечной системе. После того, как соответствующие исследования уже проводились ранее с изотопом железа, команда исследователей решила понаблюдать за особым изотопом алюминия.
Если звездный взрыв происходит вблизи нашей Солнечной системы (внизу справа), в ходе излучения происходит выброс радиоизотопов, которые впоследствии осаждаются на нашей Земле (принципиальная схема). © NASA/ESA, Sankrit / Blair / Feige (CC BY 3.0)
Когда массивная звезда в конце своей жизни взрывается так называемой сверхновой, она производит, наряду с прочим долгоживущий радионуклеид 60Fe, который оседает и на нашей Земле, если сверхновая взрывается в относительной близости к нашей планете. Это несколько лет назад доказала команда ученых под патронажем Технического университета Берлина.
И вот теперь им удалось сделать еще один шаг вперед, проведя точные измерения еще одного радионуклеида - изотопа алюминия 26Al. Как и в случае с изотопом железа, измерения 26Al проводились в осадочных породах на дне в глубинах океанов. Комбинируя эти два изотопа, впервые было показано, что таким образом можно не только подтвердить на Земле сверхновые прошлого, но также и предсказывать процессы в умирающих звездах.
Из астрономических наблюдений ученым известно, что долгоживущие радионуклеиды 26Al и 60Fe присутствуют во всей нашей галактике. Но в первую очередь они представлены там, где происходит много взрывов сверхновых. А все потому, что радионуклеиды производятся звездами в конце их жизни. И когда звезда, в конце концов, взрывается сверхновой, она выбрасывает эти изотопы в окружающую межзвездную среду, в газ и пыль, находящиеся между звездами. Там они и разлагаются в соответствии со своим периодом полураспада: полураспад всех атомов 26Al происходит через 0,7 миллиона лет, а полураспад всех атомов 60Fe - через 2,6 миллиона лет. При этом они испускают излучения, которые могут наблюдаться космическими детекторами.
Но откуда же можно узнать, что определенные радионуклеиды, обнаруженные на Земле, происходят именно из взрывов звезд? В случае с изотопом железа подтвердить это легче. Собственный 60Fe в земной природе отсутствует, поэтому любое его наличие на нашей планете однозначно говорит о его внеземном происхождении. А вот 26Al, в отличие от первого, постоянно образуется в земной атмосфере. Космическое излучение вступает во взаимодействие с атомами нашей атмосферы, разрушает их, в результате чего остаются лишь осколки, каковыми и является 26Al.
То, что обнаруженный и исследованный в 2016 году изотоп железа 60Fe происходит от сверхновой, которая взорвалась два или три миллиона лет назад в относительной близости от Земли, ученые доказали тогда с помощью измерений глубоководных отложений из Индийского океана. Эти осадочные породы накапливаются очень медленно, по причине чего их можно назвать своеобразным историческим архивом.
Такие же осадочные архивы, в которых оседали и уже упомянутые частицы 26Al, после тщательных анализов и исследований дали возможность команде ученых под руководством доктора Дженни Файге из Центра астрономии и астрофизики Технического университета Берлина сделать вывод, в каком соотношении 26Al был выброшен при взрыве звезды к уже измеренному ранее 60Fe. В этих исследованиях были задействованы ученые из Австралии, Германии, Австрии и Южной Африки.
И, как считают сами участники работы, успех стал возможным только благодаря такому международному сотрудничеству. Сначала доктор Файге экстрагировала 26Al химическим методом в лаборатории Центра Гельмхольца Дрездена-Россендорфа. После этого материал был отправлен в Вену, где были осуществлены измерения с помощью метода измерительной масс-спектрометрии. И такой метод позволил определить крайне низкие концентрации изотопов. И это касается, в первую очередь, изотопа 26Al: среди сотни триллионов (100 000 000 000 000) стабильных изотопов алюминия на Земле имеется всего один атом 26Al. При этом все измеренные атомы были причислены к атмосферным осколкам 26Al, а не к атомам от близкой сверхновой.
Еще одна проблема, вставшая перед исследователями, это тот факт, что между количеством выброшенного 26Al и количеством, фактически обнаруженным в глубоководных осадочных отложениях, имеется большое различие. Выявлены не поддающиеся учету потери, например, частицы, отклоненные магнитным полем и солнечным ветром от своей траектории или унесенные движением вод на Земле, что значительно влияет на скорости осаждения 26Al в глубоководных отложениях.
Поэтому ученые сопоставили 26Al, созданный сверхновой, который скрывается в атмосферном 26Al, с ранее измеренным 60Fe, предположив при этом, что оба радионуклеида ведут себя одинаково в процессе перемещения от звездного взрыва до осадочных пород. То есть, за основу принимается то, что соотношение между 60Fe и 26Al от начала и до конца оставалось неизменным. И такое соотношение было сравнено посредством компьютерного моделирования синтеза обоих радионуклеидов в массивных звездах.
Большинство результатов моделирования, как выяснилось, соответствуют практическому положению вещей в осадочных породах на океанском дне. Таким образом, в результате комбинирования впервые экспериментальным путем удалось подтвердить процессы ядерного синтеза, протекающего в массивных звездах, вследствие которого и производятся радионуклеиды 26Al и 60Fe.
0
