Međuzvjezdana prašina u antarktičkom ledu otkriva put Sunčevog sustava kroz galaksiju

Antarktički led sačuvao je trag rijetkog radioaktivnog izotopa koji nastaje u eksplozijama masivnih zvijezda. Nova analiza leda starog između 40.000 i 80.000 godina pokazuje da je Zemlja u tom razdoblju primala manje međuzvjezdane prašine nego što se očekivalo.

Taj trag upućuje na nešto veće od samog kemijskog potpisa u ledu: Sunčev sustav tijekom posljednjih desetaka tisuća godina prolazi kroz promjenjiv međuzvjezdani okoliš. Drugim riječima, Zemlja ne bilježi samo vlastitu klimatsku prošlost, nego i dio puta kojim se Sunce kreće kroz Mliječnu stazu.

Trag supernova pronađen na Zemlji

Svemir između zvijezda nije praznina u strogom smislu riječi. U njemu se nalaze rijetki oblaci plina, plazme i prašine, a u lokalnom području naše galaksije poznat je skup od približno petnaest međuzvjezdanih oblaka. Sunčev sustav trenutačno prolazi kroz jedan od njih, nazvan Lokalni međuzvjezdani oblak.

Takvi oblaci povezani su s dugim životnim ciklusom zvijezda. Masivne zvijezde u svojim jezgrama stvaraju brojne kemijske elemente, a kada na kraju života eksplodiraju kao supernove, dio tog materijala izbacuju u okolni prostor. Među izbačenim materijalom nalaze se i sitna zrnca prašine koja mogu dugo putovati galaksijom.

U nekima od tih zrnaca nalazi se željezo-60, rijedak radioaktivni izotop željeza. Na Zemlji ga nema u količinama koje bi se mogle jednostavno objasniti uobičajenim geološkim procesima. Zbog toga je posebno vrijedan za istraživače: kada se pronađe u zemaljskim arhivima, može poslužiti kao trag davnih zvjezdanih eksplozija.

Antarktika kao kozmički arhiv

Astronomi inače gledaju prema nebu. Teleskopi skupljaju svjetlost udaljenih zvijezda i galaksija, a iz tih podataka znanstvenici rekonstruiraju događaje koji su se zbili daleko u prostoru i vremenu.

Ovo istraživanje ide u suprotnom smjeru. Umjesto da proučavaju svjetlost koja stiže iz svemira, znanstvenici proučavaju materijal iz svemira koji je završio na Zemlji.

Antarktika je za takav rad posebno pogodna. Snijeg se ondje nakuplja polako, slojevi leda ostaju relativno dobro očuvani, a u njima se može pronaći zapis o materijalu koji je padao na Zemljinu površinu prije desetaka tisuća godina. Svaki sloj leda nosi mali uzorak tadašnjeg okoliša, uključujući tragove materijala iz međuzvjezdanog prostora.

Ranija analiza novijeg antarktičkog snijega otkrila je željezo-60 u uzorku od 500 kilograma. To je otvorilo važno pitanje. Ako u blizini Zemlje nije bilo nedavne supernove, odakle dolazi taj izotop?

Jedna mogućnost bila je da Sunčev sustav skuplja međuzvjezdanu prašinu dok prolazi kroz lokalne oblake. U tom slučaju količina željeza-60 koja dospijeva na Zemlju trebala bi ovisiti o strukturi tih oblaka. Gušći dijelovi sadržavali bi više prašine, a time i više željeza-60.

Druga mogućnost bila je drukčija. Zemlja je prije nekoliko milijuna godina primila znatne količine željeza-60 nakon obližnjih supernova. Možda današnji trag u snijegu nije znak lokalnog oblaka, nego slab ostatak tog starijeg događaja.

Stariji led pokazao je neočekivano slabiji signal

Kako bi razjasnili podrijetlo željeza-60, istraživači su analizirali 300 kilograma antarktičkog leda starog između 40.000 i 80.000 godina. Riječ je o vrlo zahtjevnom postupku. Led se najprije mora otopiti, a zatim kemijski obraditi kako bi se izdvojile iznimno male količine željeza.

Među tim atomima znanstvenici zatim traže željezo-60. Za to je potrebna akceleratorska masena spektrometrija, vrlo osjetljiva metoda kojom se mogu brojati pojedinačni atomi rijetkih izotopa. Mjerenja su provedena u postrojenju Heavy-Ion Accelerator Facility pri Australskom nacionalnom sveučilištu.

Očekivanje je bilo razmjerno jasno. Na temelju ranijih mjerenja iz površinskog snijega na Antarktici i oceanskih sedimenata starih nekoliko tisuća godina, istraživači su očekivali stabilniju razinu taloženja željeza-60.

No u starijem ledu pronašli su manje željeza-60 nego što se predviđalo. Signal nije nestao, ali je bio osjetno slabiji.

To je važan rezultat. Da je riječ samo o dugotrajnom ostatku supernova koje su Zemlju zasule željezom-60 prije nekoliko milijuna godina, ne bi se očekivala tako jasna promjena na razmjerno kratkoj astrofizičkoj vremenskoj ljestvici. Slabiji signal bolje odgovara ideji da se količina međuzvjezdane prašine mijenjala kako je Sunčev sustav prolazio kroz različite dijelove lokalnog međuzvjezdanog okoliša.

Lokalni međuzvjezdani oblak ostavlja trag u ledu

Rezultat se dobro uklapa u novije rekonstrukcije kretanja Sunčevog sustava kroz okolne međuzvjezdane oblake. Prema jednoj takvoj studiji, Sunčev sustav mogao je ući u Lokalni međuzvjezdani oblak negdje između prije 40.000 i 124.000 godina.

Ako je ta procjena točna, količina željeza-60 koja završava na Zemlji trebala bi se promijeniti upravo u tom širokom vremenskom rasponu. Antarktički led pokazuje promjenu u istom razdoblju.

Ipak, priča nije potpuno zatvorena. Ako su lokalni oblaci nastali izravno u eksploziji zvijezde, u antarktičkom ledu očekivala bi se veća količina željeza-60 od one koja je izmjerena. To znači da veza između supernova, međuzvjezdanih oblaka i prašine koja dolazi do Zemlje nije jednostavna.

Moguće je da su oblaci prošli kroz dulju i složeniju povijest, da se materijal iz supernova u njima razrijedio ili da željezo-60 ne prati ravnomjerno svu međuzvjezdanu prašinu. Za sada je najsnažniji zaključak da su lokalni međuzvjezdani oblaci doista ostavili mjerljiv zapis u zemaljskom ledu.

Dublje i starije ledene jezgre mogle bi pokazati kako se taj signal mijenjao prije ulaska Sunčevog sustava u današnji lokalni oblak. Time bi antarktički led mogao postati jedan od najneobičnijih arhiva galaktičke prošlosti: zemaljski zapis puta kojim se naš planet, zajedno sa Suncem, kretao kroz okolinu Mliječne staze.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.