Когда массивные звезды с массой более десяти солнечных масс в конце своей эволюции израсходовали весь запас ядерного топлива, они коллапсируют под действием силы тяжести и превращаются в так называемые сверхновые с коллапсом ядра. Тем самым они выбрасывают огромное количество материи в окружающую среду. Если сверхновая звезда возникает достаточно близко к нашей Солнечной системе, она должна оставить на Земле следы обломков сверхновой в виде определенных радиоизотопов.
Сверхновая-железо на Земле
Среди элементарных видов, которые, как известно, производятся в этих звездах, выделяется радиоизотоп Fe-60: у этого радиоизотопа нет естественных, земных механизмов производства; таким образом, обнаружение атомов Fe-60 в земных резервуарах является доказательством прямого отложения материала сверхновой в пределах нашей Солнечной системы.
Повышенная концентрация также обнаружена в лунных образцах
Избыток Fe-60 уже наблюдался в слоях железомарганцевой коры (FeMn) возрастом около двух миллионов лет, извлеченных из Тихого океана, а совсем недавно в лунных образцах. Эти сигналы Fe-60 были приписаны отложению выбросов сверхновой звезды.
Однако из-за медленной скорости роста корки FeMn сигнал Fe-60 имел плохое временное разрешение; в то время как лунный реголит не может записывать информацию о времени, потому что на Луне не происходит осаждения.
Впервые физики из группы Шона Бишопа, профессора ТУМ по ядерной астрофизике, смогли обнаружить сигнал сверхновой с временным разрешением в записи микрофоссилий Земли, находящейся в кристаллах, полученных биогенным путем из двух кернов осадочных пород Тихого океана. Начало сигнала Fe-60 происходит около 2.7 миллионов лет с центром около 2.2 миллиона лет. Сигнал существенно заканчивается около 1.7 миллионов лет.
«Очевидно, что Солнечная система потратила один миллион лет на то, чтобы пройти сквозь обломки сверхновой», – говорит Шон Бишоп, который также является главным исследователем в кластерной вселенной Excellence.
Образцы с отличным стратиграфическим разрешением
Для анализа всей временной структуры сигнала Fe-60 в земных образцах требуется геологический резервуар с превосходным стратиграфическим разрешением и высокой секвестрацией Fe-60 и низкой подвижностью Fe, который сохраняет потоки Fe-60 почти так, как они были при время осаждения, кроме радиоактивного распада Fe-60.
Анализы на ускорителе Tandem в Гархинге
Эти условия выполняются в морских отложениях Тихого океана, использованных в данном исследовании. Во время осаждения Fe-60 связывающие железо бактерии, обитающие в океанических отложениях, включали Fe-60 в свои внутриклеточные цепочки нанокристаллов магнетита (Fe3O4). После смерти клеток они превратились в микрофоссилии. Эти отложения росли с постоянной скоростью осаждения, сохраняя внутреннюю временную форму сигнала сверхновой. «Тем не менее, концентрация Fe-60 в этих окаменелостях настолько низка, что ее можно обнаружить только с помощью сверхчувствительной ускорительной масс-спектроскопии (AMS)», – говорит д-р.
Питер Людвиг, исследователь в группе Шона Бишопа. На тандемном ускорителе в лаборатории Майера-Лейбница в Гархинге физики смогли улучшить чувствительность метода, так что это открытие стало возможным впервые в истории.
Событие сверхновой на расстоянии не менее 300 световых лет
Наиболее вероятная звезда-прародитель, которая дала начало этой сверхновой, вероятно, возникла в ассоциации Скорпион-Центавр OB, как показал анализ ее относительного движения.
Около 2.3 миллиона лет назад он находился на минимальном расстоянии около 300 световых лет от Солнечной системы. В течение последних 10-15 миллионов лет в этой звездной ассоциации произошло от 15 до 20 сверхновых.
Эта серия массивных звездных взрывов привела к образованию полости в межзвездной среде галактического рукава Млечного Пути. Астрономы называют эту полость, в которой находится наша Солнечная система, Местным пузырем.