Odrobina atomów plutonu osadzonych w skorupie ziemskiej pomaga ustalić pochodzenie najcięższych pierwiastków.
Naukowcy od dawna podejrzewali, że pierwiastki takie jak złoto, srebro i pluton powstają podczas wybuchów supernowych. Jednak typowe supernowe nie mogą wyjaśnić ilości ciężkich pierwiastków w naszym kosmicznym sąsiedztwie, sugerują nowe badania. Oznacza to, że inne kataklizmy musiały być głównymi sprawcami, fizyk Anton Wallner i jego współpracownicy donoszą 14 maja.
Wynik ten wzmacnia niedawną zmianę zdania wśród astrofizyków. Standardowe supernowe wypadły z łask. Zamiast tego, naukowcy uważają, za bardziej prawdopodobne ,że pierwiastki ciężkie wytworzyły się w zderzeniach dwóch gęstych, martwych gwiazd zwanych gwiazdami neutronowymi, lub w niektórych rzadkich typach supernowych, takich jak te, które tworzą się z szybko wirujących gwiazd.
Ciężkie pierwiastki mogą być wytwarzane w szeregu reakcji, w których jądra atomowe stają się coraz większe i większe podczas szybkiego pochłaniania neutronów. Ta seria reakcji jest nazywana procesem r, gdzie „r” oznacza szybki. Ale,Wallner z Australian National University w Canberze mówi: „nie wiemy na pewno, gdzie znajduje się miejsce dla procesu r”. To tak, jakby mieć listę zaproszonych na spotkanie, ale nie jego lokalizację, więc wiesz, kto tam jest, nie wiedząc, gdzie jest impreza.
Naukowcy sądzili, że mają odpowiedź po zderzeniu się gwiazd neutronowych w 2017 roku, podczas którego doszło do powstania ciężkich pierwiastków. Ale pojawiają się one w bardzo starych gwiazdach, które powstały zbyt wcześnie, aby gwiazdy neutronowe miały czas na zderzenie. „Wiemy, że musi być coś innego” – mówi astrofizyk Almudena Arcones z Politechniki w Darmstadt w Niemczech, który nie był zaangażowany w nowe badania.
Gdyby w pobliżu miało miejsce niedawno zdarzenie procesu r, niektóre z utworzonych pierwiastków mogłyby wylądować na Ziemi, pozostawiając ślad w skorupie ziemskiej. Rozpoczynając od 410-gramowej próbki skorupy Oceanu Spokojnego, Wallner i współpracownicy użyli akceleratora cząstek do oddzielenia i zliczenia atomów. W jednej części próbki naukowcy poszukiwali odmiany plutonu zwanego plutonem-244, który jest wytwarzany w procesie r. Ponieważ pierwiastki ciężkie są zawsze wytwarzane razem w określonych proporcjach w procesie r, pluton-244 może służyć jako wskaźnik zastępczy dla innych ciężkich pierwiastków. Zespół odkrył około 180 atomów plutonu-244, osadzonych w skorupie w ciągu ostatnich 9 milionów lat.
Badacze porównali liczbę plutonu do atomów, które mają znane źródło. Żelazo-60 jest uwalniane przez supernowe, ale powstaje w wyniku reakcji fuzji w gwieździe, a nie jako część procesu r. W innej, mniejszej części próbki zespół wykrył około 415 atomów żelaza-60.
Pluton-244 jest radioaktywny, posiadający okres połowicznego rozpadu wynoszący 80,6 miliona lat. Żelazo-60 ma jeszcze krótszy okres półtrwania, wynoszący 2,6 miliona lat. Zatem pierwiastki te nie mogły być obecne, gdy powstała Ziemia, 4,5 miliarda lat temu. To sugeruje, że ich źródłem jest stosunkowo niedawne wydarzenie. Kiedy zliczono atomy żelaza-60 zgodnie z ich głębokością w skorupie, a zatem jak dawno temu zostały osadzone, naukowcy dostrzegli dwa piki około 2,5 miliona lat temu i około 6,5 miliona lat temu, co sugeruje, że dwie lub więcej supernowych miały miejsce w niedalekiej przeszłości.
Naukowcy nie mogą powiedzieć, czy pluton, który wykryli, również pochodzi z tych supernowych. Ale gdyby tak było, ilość plutonu wytwarzanego w tych supernowych byłaby zbyt mała, aby wyjaśnić obfitość ciężkich pierwiastków w naszym kosmicznym sąsiedztwie – obliczyli naukowcy. To sugeruje, że zwykłe supernowe nie mogą być głównym źródłem ciężkich pierwiastków, przynajmniej w pobliżu. Oznacza to, że nadal potrzebne są inne źródła procesu r.
