Ученые нашли внеземной радиоактивный изотоп: какие научные теории придется пересмотреть?

Ученым удалось обнаружить в образце океанической коры радиоактивные изотопы внеземного происхождения плутоний-244 и железо-60. Это открытие заставляет переосмыслить теорию возникновения химических элементов на Земле.

Изотопы были найдены международной группой ученых под руководством профессора Австралийского национального университета Антона Воллнера (ANSTO). Исследователи подняли со дна Тихого океана образец океанической коры и изучили его с помощью ускорителя заряженных частиц VEGA в Австралийской организации ядерной науки и технологий в Сиднее. 

Остатки газа и пыли на месте взрыва сверхновой, сделанные с помощью телескопа Хаббл. Взорвавшиеся звезды могут быть источником радиоактивных изотопов, которые в дальнейшем попадают на Землю. Изображение: NASA/ESA/HEIC and The Hubble Heritage Team

Первыми в образцах были найдены микроскопические следы плутония-244, после чего исследователи обнаружили излучение железа-60. Это открытие приближает к пониманию происхождения многих элементов периодической таблицы.

Дело в том, что среди химических элементов тяжелее железа почти половина появляется в результате r-процесса (от англ. rapid – быстрый) или быстрого процесса захвата нейтронов. Это подразумевает, что из более легких ядер за счет последовательного захвата нейтронов образуются более тяжелые. Например, так получаются золото, уран или плутоний. При этом для радиоактивного вещества важно, чтобы захват нейтронов происходил быстрее, чем распад самого изотопа.

Ускоритель заряженных частиц позволяет проводить сверхточные исследования и обнаруживать даже незначительные количества радиоактивных изотопов в образцах. Изображение: ANSTO

Предполагалось, что r-процесс активно протекает в моменты некоторых космических катаклизмов, например, взрыва звезды или сверхновой, а также слияния нейтронных звезд.

Изотопы, найденные в Тихом океане, косвенно подтверждают, что сверхновые при взрыве производят плутоний-244. Правда, высказывается и альтернативная версия, что изотоп уже находился в межзвездной среде и был перенесен на Землю взрывной волной.

Совершенно очевидно одно: обнаруженные учеными плутоний-244 и железо-60 были принесены на Землю в результате космического катаклизма. Даже если аналогичные изотопы попали на нашу планету в процессе ее образования из межзвездного газа и пыли, то они уже распались, ведь период полураспада плутония-244 – 80,6 миллиона лет, а железа-60 и того меньше – всего 2,6 миллиона лет.

В горячем плотном облаке из обломков, образовавшемся в результате столкновения двух нейтронных звезд r-процессы протекают особенно интенсивно. Изображение: NASA Goddard Space Flight Center/CI Lab

Ученые обнаружили, что за последние 10 миллионов лет на Землю дважды попадало железо-60 и вместе с ним – меньшее количество плутония-244. Причем соотношение этих элементов было одинаковым для обоих событий. Это означает, что за время существования нашей планеты неподалеку от нее произошли минимум два взрыва сверхновых или слияния нейтронных звезд.

Таким образом ученые приблизились к пониманию того, при каких астрофизических условиях проходит r-процесс, а это ведет к дальнейшему пересмотру происхождения тяжелых элементов на планете.