Земля летит сквозь обломки древней сверхновой: ученые нашли доказательства в антарктическом льду

Путь Солнечной системы сквозь Местное межзвёздное облако. Профиль облака сохранился в виде межзвёздного отпечатка в антарктическом льду. Credit: B. Schröder/HZDR/ NASA/Goddard/Adler/U.Chicago/Wesleyan

Ученые обнаружили новые доказательства того, что Земля движется сквозь облако древних звездных обломков, оставленных взорвавшейся много лет назад звездой. Изучая антарктический лед, сформировавшийся десятки тысяч лет назад, исследователи обнаружили следы железа-60 — редкой радиоактивной формы железа, образующейся при взрывах сверхновых. Эти находки подтверждают теорию о том, что Местное межзвёздное облако, окружающее нашу Солнечную систему, содержит материал от древнего звездного взрыва.

Исследование провела международная группа ученых из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR), а результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Редкое железо сверхновой найдено в антарктическом льду

Железо-60 образуется глубоко внутри массивных звезд и высвобождается в космос, когда эти звезды взрываются как сверхновые. Предыдущие исследования показали, что Земля подвергалась воздействию железа-60 от близких взрывов сверхновых миллионы лет назад. Однако неизвестно о недавних звездных взрывах вблизи Земли, что оставляло ученых в неведении относительно источника железа-60, обнаруженного несколько лет назад в относительно молодом антарктическом снеге.

«Наша идея заключалась в том, что Местное межзвёздное облако содержит железо-60 и может хранить его в течение длительного времени. Когда Солнечная система движется сквозь облако, Земля может собирать этот материал. Однако тогда мы не могли это доказать», — объясняет доктор Доминик Колль из Института физики ионных пучков и материаловедения HZDR.

Чтобы изучить это дальше, Колль и профессор Антон Вальнер в последние годы исследовали дополнительные геологические образцы, включая глубоководные отложения возрастом до 30 000 лет. В этих образцах также содержалось железо-60, но ученые все еще не могли полностью исключить другие объяснения.

Недавно проанализированные образцы антарктического льда гораздо старше — их возраст составляет от 40 000 до 80 000 лет. По словам команды, результаты убедительно указывают на Местное межзвёздное облако как на источник радиоактивного материала.

«Это означает, что облака, окружающие Солнечную систему, связаны со звездным взрывом. И впервые это дает нам возможность исследовать происхождение этих облаков», — говорит Колль.

Солнечная система путешествует сквозь межзвёздное облако

Ученые полагают, что Солнечная система вошла в Местное межзвёздное облако несколько десятков тысяч лет назад и, как ожидается, покинет его в ближайшие несколько тысяч лет. Исследователи говорят, что в настоящее время Солнечная система находится у внешнего края облака.

Для исследования команда сосредоточилась на ледяном керне, охватывающем период времени, когда Солнечная система могла войти в облако. Образец был предоставлен Институтом Альфреда Вегенера Центра Гельмгольца по полярным и морским исследованиям (AWI) в рамках европейского проекта бурения льда EPICA.

Сравнив результаты ледяного керна с более ранними измерениями снега и глубоководных отложений, исследователи обнаружили, что между 40 000 и 80 000 лет назад на Землю попадало меньше железа-60, чем сегодня.

«Это предполагает, что ранее мы находились в среде с более низким содержанием железа-60 или что само облако демонстрирует сильные колебания плотности», — объясняет Колль.

Команда обнаружила, что сигнал железа-60 значительно меняется за периоды всего в десятки тысяч лет, что относительно быстро по космическим меркам. Это помогло исследователям исключить конкурирующие теории, включая идею о том, что материал произошел от более старых взрывов сверхновых, которые медленно угасали в течение миллионов лет.

Извлечение крошечных следов железа-60

Для проведения исследования исследователи перевезли около 300 килограммов антарктического льда из AWI в Бремерхафене в Дрезден для химической обработки. После тщательной подготовки осталось лишь несколько сотен миллиграммов пыли.

Затем ученые аккуратно отделили железо-60, стараясь не потерять материал в процессе.

В лаборатории DREsden Accelerator Mass Spectrometry (DREAMS) в HZDR команда протестировала подготовленные образцы, используя два дополнительных радиоактивных изотопа: бериллий-10 и алюминий-26. Поскольку ожидаемые уровни этих изотопов в антарктическом льду уже хорошо известны, исследователи смогли проверить, что железо-60 не было потеряно во время подготовки.

Обнаружение горстки атомов

Для окончательных измерений ученые использовали ускоритель тяжелых ионов (HIAF) в Австралийском национальном университете, который в настоящее время является единственным в мире устройством, способным обнаруживать такие чрезвычайно малые количества железа-60. Используя электрические и магнитные фильтры, машина разделяла атомы по массе, пока от исходного образца, содержащего 10 триллионов атомов, не осталось всего несколько атомов железа-60.

«Это как искать иголку в 50 000 футбольных стадионах, заполненных сеном до крыши. Машина находит иголку за час», — объясняет Аннабель Ролофс из Боннского университета.

«Благодаря многолетнему сотрудничеству с международными коллегами мы разработали чрезвычайно чувствительный метод, который теперь позволяет нам обнаруживать четкую сигнатуру космических взрывов, произошедших миллионы лет назад, в сегодняшних геологических архивах», — резюмирует Вальнер.

Сейчас исследователи планируют изучить еще более старые ледяные керны, относящиеся ко времени до того, как Солнечная система вошла в Местное межзвёздное облако. AWI участвует в проекте «Beyond EPICA — Oldest Ice», целью которого является извлечение образцов льда, уходящих еще дальше в прошлое Земли.

Источники:

Materials provided by Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Dominik Koll, Annabel Rolofs, Florian Adolphi, Sebastian Fichter, Maria Hoerhold, Johannes Lachner, Stefan Pavetich, Georg Rugel, Stephen Tims, Frank Wilhelms, Sebastian Zwickel, Anton Wallner. Local Interstellar Cloud Structure Imprinted in Antarctic Ice by Supernova Fe60. Physical Review Letters, 2026; 136 (19) DOI: 10.1103/nxjq-jwgp