10 Minute
Depozit neobișnuit de beriliu-10 ridică întrebarea unei supernove
O echipă internațională de cercetători a propus că o creștere pronunțată a izotopului radioactiv beriliu-10 (Be-10) găsită în cruste de pe fundul Oceanului Pacific ar putea reprezenta amprenta unei supernove apropiate care a detonat în vecinătatea cosmică a Terrei în urmă cu milioane de ani. Această ipoteză combină dovezi geochimice cu reconstrucții astrometrice pentru a explora legătura dintre evenimente stelare energetice și înregistrările sedimentare marine.
Be-10 se produce atunci când razele cosmice de energie înaltă interacționează cu azotul și oxigenul din atmosfera Terrei prin procese de spallation. Odată format, acest izotop se atașează de aerosoli atmosferici, se precipită și, pe termen lung, poate rămâne blocat în cruste ferromanganesiene, în sedimente marine și în alte arhive terestre. Deoarece producția globală de Be-10, rezultată din fluxul stabil al razelor cosmice galactice, este în mod normal relativ uniformă pe scară globală, depistarea unor vârfuri localizate în înregistrările sedimentare este remarcabilă și indică necesitatea investigării unor cauze cosmice sau terestre neobișnuite.
Ce arată anomalia din Pacific
Descoperirea a pornit de la măsurători efectuate pe cruste ferromanganesiene din Pacific, care au scos la iveală un vârf pronunțat de Be-10 datat la aproximativ 9–12 milioane de ani în urmă. Această secțiune anormală se delimitează clar față de fundalul relativ neted al depunerii obișnuite de Be-10, sugerând fie o creștere temporară a fluxului de raze cosmice, fie un mecanism regional de concentrare, cum ar fi modificări ale curenților oceanici care ar putea focaliza materialul provenit din atmosferă către anumite localizări pe fundul mării.
Contextul geologic al crustelor ferromanganesiene este esențial: acestea se formează foarte lent, acumulând straturi pe perioade de milioane de ani, și pot conserva semnale izotopice pe intervale lungi de timp. Ratele de creștere, procesele de diageneză și dinamica sedimentară locală influențează modul în care un semnal atmosferic (precum aportul de Be-10) este înregistrat. Prin urmare, interpretarea unui vârf izotopic cere combinarea datelor geochimice cu informații stratigrafice și oceanografice pentru a exclude posibile artefacte locale legate de depozitare.
Testarea ipotezei cosmice cu ajutorul misiunii Gaia
Pentru a testa ipoteza unui eveniment cosmic, un alt grup de cercetare a folosit date astrometrice precise furnizate de misiunea Gaia a Agenției Spațiale Europene pentru a reconstrui traiectoriile trecute a 2.725 de roiuri stelare apropiate și ale Soarelui în ultimii 20 de milioane de ani. Pozițiile, paralaxele și mișcările proprii foarte bine determinate de Gaia permit urmărirea traseului stelelor și a grupărilor în potențialul gravitațional galactic, oferind o bază solidă pentru estimarea perioadei și locației posibilelor explozii ale stelelor masive (progenitorii supernovelor prin colaps de nucleu).
Reconstrucția istoriei relative a pozițiilor clusterelor față de Soare se realizează utilizând modele dinamice care includ potențialul galactic mediu și perturbații posibile. În combinație cu estimări ale ratei supernovelor într-un cluster — determinate de distribuția inițială a maselor stelare (initial mass function, IMF) și de vârstele probabile ale stelelor masive — cercetătorii pot simula probabilitatea ca unul sau mai multe evenimente de tip core-collapse să fi avut loc la distanțe suficient de mici pentru a afecta producția globală de Be-10 prin creșterea temporară a fluxului de raze cosmice locale.
Analiza Gaia și rezultate statistice
Echipa a simulat ratele așteptate de supernovă în cadrul acelor roiuri și a calculat probabilitatea ca un eveniment de colaps de nucleu să fi avut loc în interiorul unor intervale radiale diferite în jurul Soarelui. Rezultatele indică aproximativ 68% șansă ca cel puțin o supernovă să fi explodat la o distanță de circa 326 ani-lumină față de Soare, într-o fereastră temporală de ordinul unui milion de ani centrată pe anomalia Be-10. De asemenea, au fost identificate 19 roiuri care au probabilități individuale mai mari de 1% de a fi produs o supernovă apropiată în acea epocă.
Această abordare combină incertitudini astrometrice, modelare a evoluției stelare și supoziții privind dispersia inițială a stelelor din roiuri. Rezultatele nu sunt afirmații definitive, ci estimări statistice care arată că un eveniment stelar apropiat reprezintă o cauză plauzibilă pentru vârful de Be-10. În plus, metodele aplicate sugerează care grupuri stelare ar fi fost candidate plauzibile, permițând prioritizarea lor pentru investigații ulterioare.
Explicații alternative și pași următori
Interpretarea în termeni de supernovă nu este însă finală. Dacă vârful de Be-10 apare numai în anumite carote din Pacific, un proces regional — cum ar fi o schimbare oceanografică care a concentrat praf și aerosoli într-o zonă restrânsă — ar putea explica semnalul. Mecanisme precum focalizarea sedimentară, redistribuția feromanganesienilor de către curenți sau schimbările de aport terestru pot produce variații locale semnificative în concentrațiile izotopice.
Dacă sursa ar fi fost cu adevărat cosmică, același excedent de Be-10 ar trebui să fie detectabil sincron în arhive sedimentare și de gheață la scară globală, inclusiv în miezuri de gheață continentale, sedimente nivaloase sau depuneri loess. De aceea, rezolvarea originii necesită eșantionare geografic diversificată: forări în sedimente și cruste ferromanganesiene din multiple bazine oceanice, comparate cu arhive terestre precum miezuri de gheață polare sau depozite eoliene (loess) care păstrează semnale atmosferice pe termen lung.
Pașii următori includ, de asemenea, analize multi-izotopice: căutarea simultană a altor markeri nucleari implicați în explozii stelare apropiate, precum fier-60 (Fe-60), aluminiu-26 (Al-26) sau alte izotopi greu de explicat prin procese geologice obișnuite. Modele îmbunătățite ale nucleosintezei în supernove, ale propagării razelor cosmice în spațiul interstelar și ale interacțiunii acestor particule cu heliosfera și atmosfera Terrei, combinate cu cinematica Gaia din ce în ce mai rafinată, vor restrânge lista de roiuri candidate și vor crește încrederea în legătura cauzală între evenimentele stelare și semnalele izotopice din arhivele planetare.
Context științific și implicații
Dacă s-ar confirma existența unei supernove apropiate la circa 10 milioane de ani în urmă, consecințele ar acoperi mai multe domenii științifice: astrofizică, heliosferă și știința Pământului. Exploziile apropiate pot crește tranzitor fluxul de particule de energie înaltă, pot modifica modul în care razele cosmice sunt modulate de heliosferă și pot conduce la depunerea unor radioizotopi cu viață relativ scurtă pe scoarța terestră. Fe-60, de exemplu, este un alt trăsător de supernovă folosit frecvent pentru a identifica astfel de evenimente, iar detectarea concomitentă a Fe-60 și a unui vârf de Be-10 ar susține în mod consistent ipoteza unui eveniment stelar apropiat.
Identificarea unor astfel de evenimente contribuie la reconstruirea mediului galactic al Soarelui de-a lungul timpului, informând modele care leagă mișcarea Soarelui prin Brațele Galactice, variațiile fluxului de raze cosmice și eventualele impacturi asupra mediului climatic și biologic. Deși legătura directă dintre supernove apropiate și efecte biologice majore asupra vieții pe Pământ rămâne un subiect de dezbatere, creșterile tranzitorii ale ionizării atmosferice sau ale fluxului de raze cosmice pot influența chimia atmosferică și, în anumite circumstanțe, pot avea efecte asupra ozonului și a radiațiilor la suprafață.
Studiul publicat în Astronomy & Astrophysics ilustrează valoarea combinării datelor izotopice terestre cu cinematica stelară precisă oferită de Gaia pentru a căuta urmele supernovelor apropiate din trecut. Această abordare interdisciplinară — care îmbină geochimia, oceanografia, astrofizica și analiza datelor — exemplifică modul în care progresele în observarea astronomică pot inspira și direcționa campanii de teren și experimente geochimice menite să confirme sau să infirmite ipoteze despre trecutul cosmic al Terrei.
Metode tehnice și considerente detaliate
Din punct de vedere tehnic, determinarea vârstei unui vârf de Be-10 în cruste ferromanganesiene utilizează ratele de creștere determinabile prin metode precum datări radiometrice (de exemplu, 10Be/9Be sau alte izotope), calibrare stratigrafică și comparații cu evenimente cunoscute din registrele paleomagnetice sau biostratigrafice. Concentrațiile măsurate de Be-10 trebuie corelate cu ratele de acumulare pentru a transforma un singur profil de adâncime într-o scală de timp robustă. În plus, corelarea cu miezuri sedimentare adiacente oferă un cadru comparativ care poate identifica atât semnale regionale, cât și semnale globale.
Pe partea stellară, reconstrucția traiectoriilor trecutului este supusă incertitudinilor asociate cu măsurătorile astrometrice, cu modelul de potențial galactic ales și cu posibilele interacțiuni dinamice care pot devia orbitele clusterelor. Estimările ratei supernovelor într-un cluster implică ipoteze despre masa inițială a stelelor, evoluția lor stelară și timpul de viață al stelelor masive (de exemplu, stele cu mase de ordinul zecilor de mase solare evoluează spre supernovă în câteva milioane de ani). Simulările Monte Carlo care variază aceste parametri oferă distribuții de probabilitate utile pentru a evalua cât de plauzibil este un eveniment apropiat într-o fereastră temporală dată.
Un alt aspect tehnic important este modelarea propagării razelor cosmice produse de o supernovă prin mediul interstelar către heliosferă și, ulterior, prin atmosferă până la punctul de producere a Be-10. Aceasta implică modele pentru atenuarea energetică, dispersia particulelor și interacțiunile cu câmpurile magnetice galactice. De asemenea, variațiile heliosferice (de ex. intensitatea vântului solar și extinderea heliosferei) pot modula cât din fluxul energetic generat de supernovă ajunge efectiv la atmosferă, afectând producția locală de izotopi cosmogenici.
Concluzie
Vârful de Be-10 identificat în crustele ferromanganesiene din Pacific reprezintă un indiciu convingător că o explozie stelară apropiată ar fi putut influența mediul radiativ al Terrei în intervalul de aproximativ 9–12 milioane de ani în urmă. Confirmarea originii prin supernovă necesită eforturi suplimentare: eșantionare globală, analize multi-izotopice (inclusiv căutarea Fe-60), modele îmbunătățite ale nucleosintezei și ale propagării razelor cosmice, precum și rafinarea cinematicei stelare prin date Gaia viitoare. Abordarea integrată și interdisciplinară va fi esențială pentru a transforma această observație promițătoare într-o concluzie solidă despre trecutul cosmic al Pământului și despre modul în care evenimentele galactice au lăsat urme în arhivele geologice ale planetei.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu