Sådan laves elementer:Analyse af støv fra eksploderende stjerner, der regner ned på Jorden

Det er rundt omkring os. Hver dag i vores liv er vi i kontakt med det. Faktisk, vi er lavet af det:gammelt stjernestøv.

Alle atomerne omkring os har været vidne til de mest voldsomme eksplosioner i universet. Deres rejser gennem rummet er de længste, hårdeste og ensomste rejser man kan forestille sig.

Brinten i vandet, vi drikker, er det letteste af alle grundstofferne, og det går tilbage til Big Bang i begyndelsen af ​​universet. Tungere elementer, som jernet i vores blod og ilten i luften, vi indånder, blev smedet i stjerner og slynget ud, da de eksploderede i slutningen af ​​deres liv.

Støv fra fjerne stjerneksplosioner falder stadig på Jorden i en blid, næsten umærkelig regn. I min forskning, Jeg går på jagt efter spor af dette støv for at lære om, hvordan eksploderende stjerner har påvirket Jordens historie – og måske opdage spor om oprindelsen af ​​universets tungeste grundstoffer.

Jagt atomer

I mange år har mine kolleger og jeg ledt efter frisk stjernestøv (eller anden form for interstellært støv) hen over den kæmpe skraldespand, vi kalder hjem:Jorden. Vi har brug for støv, der er faldet relativt for nylig (i kosmiske termer), for så har vi en chance for at spore det tilbage til en begivenhed og et sted som en bestemt eksploderende stjerne.

Specifikt, vi leder efter atomer af jern-60 (eller ⁶⁰Fe), en radioaktiv isotop af jern. Iron-60 er meget sjælden på jorden, da den hovedsageligt produceres i massive stjerner og findes i mindre mængder i kosmisk støv og meteoritter. Imidlertid, den har en halveringstid på 2,6 millioner år, hvilket betyder, at de atomer, der ankommer hertil, holder fast i lang tid, før de forfalder.

Kun en lille mængde jern-60 regner ned på Jorden:hver kvadratcentimeter af planetens overflade modtager et par atomer om året. Hvis du stak tungen ud i et helt år, du smager måske kun en håndfuld atomer af jern-60.

For at finde jern-60, vi har brug for naturens hjælp:områder af Jordens overflade, der stort set er uforstyrrede og danner et "geologisk arkiv", der koncentrerer og opbevarer jern-60 over tid.

Spor under havet

Jern-60 fra stjernerne blev først opdaget i 2004, i lag af dybhavssten kaldet "ferromangansk skorpe". Disse hårde jernholdige lag udvikler sig meget langsomt:om en million år, skorpen vil kun vokse med få millimeter.

Disse geologiske hvælvinger beholdt deres jern-60 indtil prøver er taget og studeret ved hjælp af en ultrafølsom teknik kaldet acceleratormassespektrometri.

Jern-60 fundet i 2004 antydede, at Jorden havde oplevet en tilstrømning af interstellært støv fra en eksploderende stjerne (eller supernova) for omkring 2 millioner år siden. I 2016, dette blev bekræftet af flere uafhængige undersøgelser af havsedimenter, dybhavsskorper og endda sten fra Månen.

For nylig, spor af jern-60 fundet i havbunden afslørede en anden tilstrømning af interstellart støv for omkring 7 millioner år siden.

Så vi ved, at Jorden blev påvirket af mindst to nærliggende stjerneeksplosioner i de sidste adskillige millioner år. De indsamlede data indikerede yderligere, at nogle jern-60 stadig kunne have regnet ned på Jorden inden for de sidste par hundrede tusinde år.

Falder der stadig interstellart støv i dag?

Søgen efter interstellart støv i nyere tid er mere udfordrende, fordi naturen ikke hjælper os meget længere.

Først, der er ingen koncentration af jern-60 mulig over en periode på et par år. Det betyder, at vi skal tage en prøve over et meget større område for at finde et brugbart antal jern-60 atomer.

Sekund, siden mennesker opfandt atomvåben og anden atomteknologi, der er mange nye radioaktive isotoper til stede på Jorden. Så der er en lille chance for, at ethvert jern-60, du finder i dag, måske er skabt af mennesker frem for eksploderende stjerner.

Der er ikke mange steder at lede efter nyere interstellar støv ved sin jern-60 signatur, men en af ​​dem er i den rene sne på fjerntliggende Antarktis. Stadig, du skal samle flere hundrede kilo sne til en stor nok prøve til pålideligt at måle, om den indeholder interstellært jern-60.

I 2019, vi analyserede 500 kilo Antarktis sne og fandt 10 atomer af jern-60. Sneen vi samlede var ikke mere end 20 år gammel, og handlede om den mængde, der ville falde på et år over 6 kvadratmeter jord i Antarktis.

Jern-60 var af interstellar oprindelse og var perfekt inden for forventningerne fra tidligere målinger, og vi udelukkede også menneskelig nuklear aktivitet som kilden. Dette var det første bevis på, at der stadig er interstellart støv fra supernovaer, der regner ned over os hver dag.

Vi var i stand til at bekræfte dette resultat og udvide det over de sidste 35, 000 år ved at søge i havsedimenter. Ved at kombinere alle beviser, vi har nu en registrering af interstellare støvtilstrømninger, i en årrække, tusinder af år, og millioner af år.

Fremtiden for gammelt stjernestøv

Hvad er det næste i jagten på stjernestøv? Først og fremmest, vi har stadig et hul i dataene i de 100, 000-årig rækkevidde, der skal udfyldes for fuldt ud at forstå oprindelsen og forbindelsen til de observerede tilstrømninger.

En anden undersøgelse er at bruge det, vi ved om tilstrømning af jern-60 til at jage efter noget meget tungere, plutonium-244. Dette er den længstlevende radioaktive isotop af plutonium med en halveringstid på 81 millioner år.

Ligesom omkring halvdelen af ​​grundstofferne tungere end jern, plutonium-244 er skabt af en række nukleare reaktioner kaldet den astrofysiske r-proces. Imidlertid, selvom forskere forstår, hvordan denne proces fungerer, men vi ved ikke, hvor i universet disse tunge elementer produceres.

Supernovaer menes at indebære de rigtige betingelser for at r-processen kan forekomme, men der er også nogle beviser, der tyder på, at mange af de tunge grundstoffer i stedet kan blive produceret, når neutronstjerner kolliderer.

En måde at belyse dette spørgsmål på er at lede efter plutonium-244 de samme steder, hvor vi har fundet jern-60, som vi ved kommer fra supernovaer.

I min ph.d. forskning Jeg vil gå tilbage til rødderne af jern-60 jagt, ferromanganske skorper. Hvis vi finder ud af, at plutonium-244 følger jern-60, det kan pege mod en stjernernes r-proces. Jagten pågår.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.