Μυστικό 100 εκατομμυρίων ετών στον ωκεανό: Γιατί υπάρχει Πλουτώνιο-244 στα βάθη του Ειρηνικού
Μικρές ποσότητες ραδιενεργού πλουτωνίου κρυμμένες στα βάθη του ωκεανού φαίνεται να συνδέονται με μια κοσμική καταστροφή που συνέβη πριν από περισσότερα από 100 εκατομμύρια χρόνια.
Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι αυτή η κοσμική σκόνη εξακολουθεί να πέφτει στη Γη σήμερα – απομεινάρι μιας αρχαίας έκρηξης που πιθανότατα προήλθε από τη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων.
Τέτοιες συγκρούσεις προκαλούν λαμπρές εκρήξεις γνωστές ως kilonovae, οι οποίες δημιουργούν μερικά από τα πιο βαριά και πολύτιμα στοιχεία του Σύμπαντος.
Δεν είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες επικαλούνται μια kilonova για να εξηγήσουν περίεργα χημικά ίχνη στον πυθμένα της θάλασσας. Όμως τα νέα ευρήματα, με επικεφαλής τον φυσικό Dominik Koll του Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf στη Γερμανία, προσφέρουν νέα στοιχεία για το πότε συνέβη το φαινόμενο, φωτίζοντας την πορεία της Γης μέσα στους γαλαξιακούς ωκεανούς επί αιώνες.
Το αποτύπωμα μιας αρχαίας έκρηξης
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι το πλουτώνιο προήλθε από σπάνιες κοσμικές εκρήξεις, όπως εκείνες που συμβαίνουν κατά τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων ή σε εξαιρετικά ενεργές υπερκαινοφανείς εκρήξεις», δηλώνει ο φυσικός Anton Wallner του Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. «Έκτοτε έχει διασκορπιστεί στο διαστρικό μέσο».
Το πλουτώνιο είναι από τα βαρύτερα φυσικά στοιχεία του Σύμπαντος. Το ισότοπο πλουτώνιο-244, που αφορά τη μελέτη, σχηματίζεται μόνο σε σπάνια κοσμικά γεγονότα όπου τα άτομα «πλημμυρίζουν» από νετρόνια.
Κατά τη διαδικασία ταχείας σύλληψης νετρονίων (r-process), οι πυρήνες των ατόμων απορροφούν γρήγορα νετρόνια και αυξάνουν τη μάζα τους, δημιουργώντας τα πιο βαριά στοιχεία του Σύμπαντος. Ένας από τους κύριους «τόπους γέννησης» τους είναι η kilonova.
Αποδείξεις θαμμένες στον πυθμένα των ωκεανών
Καθώς το πλουτώνιο-244 έχει χρόνο ημιζωής περίπου 81 εκατομμύρια χρόνια, οποιοδήποτε αρχέγονο πλουτώνιο από τον σχηματισμό του Ηλιακού Συστήματος θα είχε πλέον εξαφανιστεί. Ωστόσο, ίχνη του εντοπίστηκαν σε φαιρομαγγανιακές κρούστες του ωκεάνιου πυθμένα, που αναπτύσσονται εξαιρετικά αργά, αποτυπώνοντας την ιστορία του περιβάλλοντος σε κάθε στρώση.
Προηγούμενες έρευνες είχαν δείξει ότι η παρουσία πλουτωνίου-244 αντιστοιχούσε σε μια έκρηξη r-process πριν από περίπου 3,5 εκατομμύρια χρόνια. Ο Koll και η ομάδα του ακολούθησαν διαφορετική προσέγγιση, αναζητώντας το ισότοπο κουρίου-247, το οποίο θα έπρεπε να έχει σχηματιστεί ταυτόχρονα με το πλουτώνιο.
Χρησιμοποιώντας δείγμα φαιρομαγγανιακής κρούστας που ανασύρθηκε το 1976 από βάθος 4.830 μέτρων στον Ειρηνικό Ωκεανό, οι ερευνητές αναζήτησαν πλουτώνιο-244, κουρίο-247 και το ραδιοϊσότοπο σιδήρου-60, γνωστό για την κοσμική του προέλευση.
Τα ίχνη που μαρτυρούν το παρελθόν
Ο σίδηρος-60, με χρόνο ημιζωής 2,6 εκατομμύρια χρόνια, έχει συνδεθεί με πιο πρόσφατες υπερκαινοφανείς εκρήξεις, περίπου 2,5 και 7 εκατομμύρια χρόνια πριν. «Ο σίδηρος-60 είναι σαφές αποτύπωμα συμβατικών υπερκαινοφανών, γι’ αυτό συγκρίναμε τα ίχνη του με εκείνα του πλουτωνίου-244», εξηγεί ο Koll.
Η απουσία κουρίου-247 υποδεικνύει ότι το πλουτώνιο-244 δεν σχηματίστηκε στις ίδιες εκρήξεις με τον σίδηρο-60, αλλά προέρχεται από ένα πολύ παλαιότερο γεγονός. Το κουρίο έχει πλέον διασπαστεί, ενώ το πλουτώνιο παραμένει ανιχνεύσιμο λόγω του μεγαλύτερου χρόνου ημιζωής του.
«Η απουσία του ραδιοϊσοτόπου κουρίου-247 δείχνει ότι η έκρηξη συνέβη πριν από πολύ καιρό», σημειώνει ο φυσικός Michael Hotchkis του Australian Nuclear Science and Technology Organisation. «Όχι όμως πριν από περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια – διαφορετικά ούτε το πλουτώνιο-244 θα ήταν ανιχνεύσιμο».
Η Γη μέσα σε κοσμικά συντρίμμια
Αν και δεν είναι γνωστό τι είδους έκρηξη παρήγαγε το πλουτώνιο-244, οι ερευνητές θεωρούν πιθανότερη μια αρχαία kilonova ή άλλη σπάνια διαδικασία r-process, που συνέβη πριν από περισσότερα από 100 εκατομμύρια χρόνια. Σήμερα, η Γη φαίνεται να κινείται μέσα στα απομεινάρια αυτής της κοσμικής έκρηξης.
Το φαινόμενο προσφέρει πολύτιμα στοιχεία για την ιστορία των εκρήξεων στον Γαλαξία και για το ταξίδι του Ηλιακού Συστήματος μέσα στο Διάστημα. Ενδεχομένως, βοηθά και στην κατανόηση της προέλευσης των βαρέων μετάλλων της Γης και της επίδρασης τέτοιων γεγονότων στην εξέλιξη του πλανήτη.
«Επηρέασε αυτό το γεγονός τη ζωή στη Γη;» διερωτάται ο Hotchkis. «Είναι ένα ανοιχτό ερώτημα που απαιτεί περαιτέρω έρευνα».
Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Astronomy.
