Un studiu al scoarței Pământului sugerează că supernovele nu sunt mine de aur

Un pumn de atomi de plutoniu încorporați în scoarța Pământului ajută la rezolvarea originii celor mai grele elemente ale naturii.

Oamenii de știință bănuiseră de mult că elemente precum aurul, argintul și plutoniul se nasc în timpul supernovelor, când stelele explodează. Dar supernovele tipice nu pot explica cantitatea de elemente grele din vecinătatea noastră cosmică, sugerează un nou studiu. Asta înseamnă că alte evenimente cataclismice trebuie să fi contribuit major, raportează fizicianul Anton Wallner și colegii săi în 14 mai. Ştiinţă.

Rezultatul susține o schimbare recentă a inimii în rândul astrofizicienilor. Supernovele standard au căzut în disfavoare. În schimb, cercetătorii cred că elementele grele sunt mai probabil forjate în ciocnirile a două stele dense, moarte, numite stele neutronice, sau în anumite tipuri rare de supernove, cum ar fi cele care se formează din stele care se rotesc rapid (SN: 5/8/19).

Elementele grele pot fi produse printr-o serie de reacții în care nucleele atomice se umflă din ce în ce mai mari pe măsură ce înghitesc rapid neutroni. Această serie de reacții este cunoscută sub numele de proces r, unde „r” înseamnă rapid. Dar, spune Wallner, de la Universitatea Națională Australiană din Canberra, „nu știm sigur unde este site-ul procesului r”. Este ca și cum ai avea lista de invitații pentru o adunare, dar nu și locația acesteia, așa că știi cine este acolo fără să știi unde este petrecerea.

Oamenii de știință au crezut că au răspunsul lor după ce o coliziune a unei stele neutrone a fost surprinsă producând elemente grele în 2017 (SN: 16/10/17). Dar elementele grele apar în stelele foarte vechi, care s-au format prea devreme pentru ca stelele cu neutroni să fi avut timp să se ciocnească. „Știm că trebuie să existe altceva”, spune astrofizicianul teoretic Almudena Arcones de la Universitatea Tehnică din Darmstadt, Germania, care nu a fost implicată în noul studiu.

Dacă un eveniment r-process ar fi avut loc recent în apropiere, unele dintre elementele create ar fi putut ateriza pe Pământ, lăsând amprente în scoarța terestră. Începând cu o probă de 410 de grame de crustă din Oceanul Pacific, Wallner și colegii au folosit un accelerator de particule pentru a separa și număra atomii. Într-o bucată din eșantion, oamenii de știință au căutat o varietate de plutoniu numită plutoniu-244, care este produsă de procesul r. Deoarece elementele grele sunt întotdeauna produse împreună în proporții speciale în procesul r, plutoniul-244 poate servi ca proxy pentru alte elemente grele. Echipa a găsit aproximativ 180 de atomi de plutoniu-244, depuși în crustă în ultimii 9 milioane de ani.

bucată de crustă de adâncime
Oamenii de știință au analizat o probă din scoarța de adâncime a Pământului (prezentată) pentru a căuta atomi de plutoniu și fier cu origini cosmice.Norikazu Kinoshita

Cercetătorii au comparat numărul de plutoniu cu atomii care aveau o sursă cunoscută. Fierul-60 este eliberat de supernove, dar este format prin reacții de fuziune în stea, nu ca parte a procesului r. Într-o altă bucată mai mică a probă, echipa a detectat aproximativ 415 atomi de fier-60.

Plutoniul-244 este radioactiv, se descompune cu un timp de înjumătățire de 80,6 milioane de ani. Iar fierul-60 are un timp de înjumătățire și mai scurt de 2,6 milioane de ani. Deci elementele nu ar fi putut fi prezente atunci când s-a format Pământul, acum 4,5 miliarde de ani. Asta sugerează că sursa lor este un eveniment relativ recent. Când atomii de fier-60 au fost numărați în funcție de adâncimea lor în crustă și, prin urmare, cu cât timp în urmă au fost depuși, oamenii de știință au văzut două vârfuri cu aproximativ 2,5 milioane de ani în urmă și cu aproximativ 6,5 milioane de ani în urmă, sugerând două sau mai multe supernove au apărut în trecutul recent.

Oamenii de știință nu pot spune dacă plutoniul pe care l-au detectat provine și din acele supernove. Dar dacă s-ar întâmpla, cantitatea de plutoniu produsă în acele supernove ar fi prea mică pentru a explica abundența elementelor grele din vecinătatea noastră cosmică, au calculat cercetătorii. Asta sugerează că supernovele obișnuite nu pot fi principala sursă de elemente grele, cel puțin în apropiere.

Asta înseamnă că sunt încă necesare alte surse pentru procesul r, spune astrofizicianul Anna Frebel de la MIT, care nu a fost implicat în cercetare. „Supernovele pur și simplu nu o taie.”

Măsurătoarea oferă un instantaneu al procesului r din colțul nostru de univers, spune astrofizicianul Alexander Ji de la Carnegie Observatories din Pasadena, California. „Este de fapt prima detectare a așa ceva, așa că este cu adevărat, foarte bine.”