Supernova v blízkosti naší Sluneční soustavy

Vědci tvrdí, že blízko Sluneční soustavy muselo před dvěma milióny roků dojít k výbuchu supernovy. Nalezli totiž určitý vzácný izotop železa...  

... ve vzorcích, které přivezly mise Apollo z Měsíce - ale také v sedimentech na Zemi a dokonce i v čerstvě napadaném sněhu v Antarktidě. 

Železo-60

Tento izotop nemohl vzniknout na Zemi působením člověka (jaderný průmysl) nebo některým z přirozených způsobů (vlivem kosmického záření). V takovém případě by musely být přítomny ještě jiné izotopy různých prvků. Všechno naznačuje, že se tento vzácný izotop železa vytvořil ... při výbuchu supernovy. 

Izotop železa-60 je radioaktivní. V průběhu času se tedy rozpadá a jeho množství se neustále snižuje. Má poločas rozpadu kolem 2,62 miliónu roků. Z praxe víme, jak se dá poločas rozpadu použít k datování - po době, odpovídající přibližně deseti poločasům rozpadu se prvek už nedá spolehlivě identifikovat. 

Pokud tedy bylo nalezeno určité množství radioaktivního izotopu železa-60, nebude starší než doba, odpovídající deseti poločasům rozpadu, tedy zhruba 26 milionů roků. 

Ze stejného důvodu se nemůže jednat o relikt, který by přežil ještě z doby, kdy vznikala Sluneční soustava z oblaku mezihvězdného plynu a prachu. Tak je stará přes 4 miliardy roků, takže se musel téměř všechen tento izotop, které existoval při vzniku planetárního systému, dávno rozpadnout na jiné izotopy.

Vědci tedy usoudili, že se musí jednat o poměrně nový materiál, vzniklý při relativně nedávném výbuchu obří hvězdy. Ta musela být navíc v našem blízkém vesmírném sousedství. Podle množství nalezeného materiálu by se mohlo jednat o supernovu, která vybuchla před 2 - 2,5 milióny lety zhruba ve vzdálenosti 300 světelných roků. 

Měsíční materiál

Výše zmíněný izotop byl nalezen například ve vzorcích z Měsíce. Ty byly analyzovány pomocí vysoce citlivého hmotnostního spektrometru urychlovače v Maier-Leibniz Laboratory v Garchingu. Na studii, která vyšla v dubnu 2016, se kromě fyziků ze mnichovské univerzity podíleli také vědci z Rutgers University v USA a Planetary Science Institute v Los Alamos v USA.

Sedimenty

Izotop byl nalezen také ve hlubokomořských sedimentech. Přesněji v sedimentech z  Indického oceánu, pocházejících z oblasti vzdálené asi 1000 kilometrů od jihozápadního cípu Austrálie. 

Tento objev je ještě zajímavější než objev v měsíčním materiálu. Na rozdíl od vzorků z Měsíce se totiž dají sedimenty datovat. V našem případě šlo o vrstvy, které se do moře ukládaly během posledních 33 000 roků. Železo-60 obsahovaly  všechny zkoumané vzorky sedimentů – i když ho bylo jen nepatrné množství. Vědci nalezli v pěti vzorcích celkem 19 atomů izotopu. Ty však byly rozmístěny téměř rovnoměrně ve vrstvách, které pocházejí z různých dob. Vědci nyní odhadují, že za posledních 33 000 roků spadlo na Zemi asi 5,9 x (10)+23 atomů železa-60.

Sníh z Antarktidy

Izotop železa-60 se navíc na Zemi objevuje dodnes. Potvrdily to vzorky sněhu z Antarktidy. Vzácný izotop tam nebyl nalezen v pravěkých horninách, ale ... v čerstvém sněhu. 

Vědci ze stanice Kohnen nasbírali 500 kilogramů vzorků čerstvého sněhu a poslali je do Německa na izotopovou analýzu. Vědci z Technické univerzity v Mnichově pak opět analyzovali vzorky sněhu pomocí hmotnostní spektrometrie s urychlovačem.

Ve vzorcích bylo nalezeno pět částic vzácného izotopu železa-60. 

Zkoumaný sníh nebyl starší než 20 roků. Znamená to, že se vzácný izotop železa-60 na naši planetu dostává i v dnešní době. Přitom musí jít o zbytky supernovy, jejíž materiál se dodnes nachází v jednom z mezihvězdných mračen plynu, kterými naše sluneční soustava právě prochází.

Let oblakem plynu se zbytky supernovy

Sluneční soustava totiž před zhruba 40 000 roky vstoupila do lokálního oblaku mezihvězdného plynu a prachu. Za pár tisíc roků by ho měla zase opustit. 

Pokud by měl být tento oblak skutečně zdrojem nalezeného železa-60, pak by se tento izotop měl objevit pouze v antarktických ledových vrstvách nebo v sedimentech, které jsou mladší než 40 000 roků. Zda tomu tak skutečně je, nyní musí ukázat další výzkumy.

Mezihvězdný prach - nebo planetární mlhovina?

Nabízí se samozřejmě vzrušující otázka. Prolétá naše Sluneční soustava právě zbytky planetární mlhoviny, která vznikla díky někdejšímu výbuchu supernovy? Všichni nejspíš známe krásné barevné snímky podobných objektů, zachycených teleskopy. Vědci ale nedávají této představě moc velké šance. 

Pokud se propočítá obsah železa-60 v mezihvězdném oblaku, je výrazně nižší, než by se dalo očekávat u objektu, který odpovídá takovému zbytku supernovy. 

Koncentrace odpovídá spíše galaktickému průměru.

Ale pokud mrak nevznikl výbuchem supernovy produkující železo-60, odkud se vlastně vzal? Železo-60 nevzniklo přímo v oblaku prachu, ale jinde v našem místním kosmu. Materiál ze supernovy se mohl dostat do prachového mračna až po jeho vzniku. Aby bylo možné zjistit, jak se věc ve skutečnosti má, jsou nyní podle vědců nezbytné další nálezy železa-60 - zejména ze sedimentů starších než 40 000 let. Můžeme se těšit na další zajímavé objevy a na odpověď na otázku, odkud se v naší Sluneční soustavě berou další a další izotopy, které původně vznikaly v obří vybuchující hvězdě. 

Zdroje: Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020: doi:10.1073/pnas.1916769117, Physical Review Letters, 2019; doi:10.1103/PhysRevLett.123.072701