A kutatók ritka, szupernóvákból származó csillagport azonosítottak az antarktiszi jégmintákban, ami teljesen új megvilágításba helyezi a Naprendszerünk Tejútrendszeren belüli mozgását. A felfedezés egy évtizedes rejtélyt old meg, és bizonyítja, hogy bolygónk jelenleg is egy ősi csillagrobbanás törmelékfelhőjén halad keresztül.
Kozmikus időkapszula a jég mélyén
A csillagászat hagyományosan a világűr felé tekintve vizsgálja a kozmoszt, ezúttal azonban a Föld legszigorúbb környezete, az Antarktisz szolgáltatott bizonyítékot a mélyűr titkairól. Mivel a déli-sarki hó rendkívül lassan halmozódik fel és jórészt zavartalan marad, a képződő jégrétegek olyan kronológiai archívumot alkotnak, amely hűen őrzi a bolygónkra hulló kozmikus anyagokat. A tudósok a mélyfúrási programokból nyert, 40 000 és 80 000 év közötti idős jégmintákat elemezve mutatták ki a kozmikus por jelenlétét, amely lényegében a Naprendszer galaktikus repülési naplójaként funkcionál.
A szupernóvák ujjlenyomata: a vas-60 izotóp
A felfedezés kulcsa a vas-60 (60Fe) nevű radioaktív izotóp, amely kizárólag hatalmas csillagok belsejében, illetve azok felrobbanásakor, szupernóva-események során keletkezik. Mivel ennek az izotópnak a felezési ideje kozmikus léptékkel mérve viszonylag rövid (2,6 millió év), a Föld 4,5 milliárd évvel ezelőtti keletkezésekor jelen lévő összes vas-60 már régen elbomlott. Ha tehát vas-60 izotópot találnak a felszíni vagy a földtörténetileg közelmúltban lerakódott rétegekben, az csalhatatlan bizonyítéka annak, hogy az anyag a Naprendszeren kívülről, csillagközi forrásból származik.
A Dominik Koll nukleáris asztrofizikus (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Németország) által vezetett nemzetközi kutatócsoport mintegy 300 kilogramm antarktiszi jeget szállított el laboratóriumi elemzésre. A precíz és többlépcsős kémiai izoláció során a hatalmas jégmennyiségből mindössze néhány száz milligramm por maradt. A kutatók elektromos és mágneses szűrőkkel, tömegspektrometriai eljárással választották el az atomokat, amíg végül sikeresen azonosították a tiszta vas-60 izotópokat.
A Helyi Csillagközi Felhő szerkezete
Néhány évvel ezelőtt a tudósok már találtak vas-60-at a friss, két évtizednél fiatalabb antarktiszi hóban, ami komoly fejtörést okozott, hiszen a közelmúltban nem észleltek szupernóva-robbanást a közelünkben. A mostani, Physical Review Letters folyóiratban megjelent tanulmány igazolja, hogy a forrás a Helyi Csillagközi Felhő (Local Interstellar Cloud), egy gázból, plazmából és porból álló ritka régió, amelyen a Naprendszerünk éppen áthalad. A felhő afféle kozmikus raktárként tárolja az évmilliókkal ezelőtti szupernóvák maradványait, és folyamatosan finom csillagpor-szitálással borítja be a Földet.
A kutatás legmeglepőbb eredménye, hogy a 40 000–80 000 éves jégmintákban lényegesen alacsonyabb vas-60 koncentrációt mértek, mint a friss hóban. Ez közvetlen bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a csillagközi felhő sűrűsége nem egyenletes. A Naprendszer nagyjából 80 000 évvel ezelőtt lépett be a felhő egy ritkább, vékonyabb peremvidékére, és az idő előrehaladtával fokozatosan vándorolt be a sűrűbb belső zónákba, ahol jelenleg is tartózkodik. A számítások szerint a Naprendszer még néhány ezer évig halad át ezen a régión, mielőtt teljesen elhagyná azt.
A kozmikus vándorlás adatai
A kutatás során rögzített főbb paramétereket és megállapításokat az alábbi táblázat foglalja össze:
| Vizsgált paraméter / Tényező | Részletek és mérési eredmények |
|---|---|
| Megvizsgált jégmennyiség | Körülbelül 300 kilogramm (korábbi felszíni mintáknál 500 kg) |
| A minták becsült életkora | 40 000 és 80 000 év között |
| Kimutatott kulcsfontosságú izotóp | Vas-60 (60Fe), felezési ideje 2,6 millió év |
| Kozmikus forrás azonosítása | Helyi Csillagközi Felhő (Local Interstellar Cloud) |
| Időbeli trend a koncentrációban | Az ősibb mintákban szignifikánsan alacsonyabb, mint a modern hóban |
| A felhőben való tartózkodás ideje | Legalább 80 000 éve tart, a kilépés néhány ezer év múlva várható |
Magyar vonatkozások a nukleáris asztrofizikában
Bár a konkrét jégmintákat németországi laboratóriumokban elemezték, a kutatást vezető nemzetközi konzorciumban kulcsszerepet játszott Anton Wallner professzor is. A hazai nukleáris asztrofizikai és AMS (gyorsítós tömegspektrometriai) kutatócsoportok – mint amilyenek a HUN-REN Atommagkutató Intézetben (ATOMKI) is működnek – évtizedek óta szoros együttműködésben állnak a hasonló méréseket végző európai infrastruktúrákkal, így a hazai tudományos közösség közvetett módon követi és validálja a csillagközi por összetételére vonatkozó ultra-érzékeny mérési technológiákat.
Kilátások és a felhő eredete
A jégbe fagyott időszerkezet feltárásával a tudósok előtt most először nyílik lehetőség arra, hogy ne csupán a Föld klímaváltozásait, hanem a Naprendszer galaktikus környezetének dinamikus változásait is rekonstruálják. A kutatás következő fázisa a Helyi Csillagközi Felhő pontos eredetének meghatározása lesz. A vas-60 eloszlásának finomhangolt vizsgálatával visszakövethetővé válik, hogy pontosan melyik ősi szupernóva-robbanás és mikor hozta létre azt a kozmikus környezetet, amelyben ma is élünk.
