Antarktički led otkriva tajne našeg putovanja kroz galaksiju

Znanstvenici su u ledu Antarktike pronašli rijetki izotop željeza koji otkriva kretanje Sunčevog sustava kroz međuzvjezdane oblake u posljednjih 80.000 godina.

Dok većina astronomije gleda prema zvijezdama, jedna skupina znanstvenika odlučila je pogledati pod noge – točnije, u led Antarktike. Analizirajući drevni led i snijeg, otkrili su tragove kozmičke prašine koja otkriva putovanje našeg Sunčevog sustava kroz guste međuzvjezdane oblake. Ovo neočekivano otkriće moglo bi rasvijetliti povijest eksplozija supernova u našoj galaktičkoj blizini.

Poznato je da je zapovjednik Cousteau doprinio ugovoru o zaštiti okoliša na Antarktici, odnosno Madridskom protokolu, potpisanom u Madridu 4. listopada 1991. godine. Taj protokol produžuje Ugovor o Antarktici potpisan u Washingtonu 1. prosinca 1959. od strane dvanaest zemalja čiji su se znanstvenici bavili aktivnostima na Antarktici i oko nje tijekom Međunarodne geofizičke godine (IGY) 1957. – 1958. Ovi ugovori imaju za cilj zaštititi Antarktiku od bilo kakve vojne aktivnosti i iskorištavanja bogatstava podzemlja. To je način da se znanosti osigura nezagađen okoliš, primjerice za istraživanje egzoplaneta ili ispitivanje klimatskih arhiva pomoću ledenih jezgri.

Proučavanje ledenih jezgri uzetih s Antarktike omogućuje rekonstrukciju povijesti razina stakleničkih plinova u atmosferi i temperature oceana, što su ključni podaci za razumijevanje uzroka prirodnih klimatskih promjena. Tim istraživača pronašao je način da obori rekorde najstarijeg leda izvađenog iz Bijelog raja. Ti ledovi također čuvaju tragove antarktičkih mikrometeorita bogatih ugljikom (UCAMM) koji sadrže jedinstvene organske tvari koje omogućuju proučavanje formiranja Sunčeva sustava.

Znanstvenici se koriste pamćenjem leda Bijelog raja na mnoge načine, posebno u vezi s prolaskom Sunčeva sustava kroz Lokalni međuzvjezdani oblak, oblak širok oko 30 svjetlosnih godina. Oblak ima temperaturu od 6000 °C, otprilike jednaku temperaturi na površini Sunca, ali mu je gustoća iznimno niska, nešto manja od gustoće međuplanetarnog prostora u Zemljinoj orbiti.

Kako objašnjava nuklearni fizičar Dominik Koll u članku za The Conversation, zvijezde su tvornice elemenata u svemiru. Zvjezdane eksplozije raspršuju novonastale radionuklide u međuzvjezdani medij i uzrokuju kemijsko obogaćivanje galaksija. Ti kataklizmični događaji također oblikuju međuzvjezdani medij i stvaraju velike strukture u svemiru.

Kad pomislite na svemir, vjerojatno zamišljate zvijezde, planete i mjesece. No velik dio svemira ispunjen je oblacima plina, plazme i zvjezdane prašine: onim što nazivamo međuzvjezdanim oblacima. Samo u lokalnim područjima naše Galaksije postoji složen skup od oko 15 različitih međuzvjezdanih oblaka. Sunčev sustav trenutno prolazi kroz jedan od njih, koji s pravom nosi naziv Lokalni međuzvjezdani oblak. Podrijetlo i povijest tih oblaka usko su povezani s rođenjem i smrću zvijezda. No njihovi su tragovi vidljivi i ovdje na Zemlji, na mjestu na koje ne biste pomislili: antarktičkom ledu.

Sa svojim kolegama Koll proučava zvjezdanu prašinu zarobljenu u starom snijegu i ledu Antarktike kako bi rekonstruirao povijest našeg solarnog susjedstva, uključujući i povijest samog Sunčeva sustava. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Physical Review Letters pronašli su suptilan trag koji otkriva kretanje našeg Sunčeva sustava kroz njegovo lokalno međuzvjezdano okruženje tijekom posljednjih 80.000 godina.

Astronomija obično gleda prema van. Teleskopi prikupljaju svjetlost udaljenih zvijezda i galaksija, omogućujući nam promatranje događaja na golemim prostranstvima prostora i vremena. Na temelju tih opažanja zaključujemo kako zvijezde žive i umiru, kako nastaju elementi i kako svemir evoluira. Njihov pristup okreće tu ideju naglavačke. Umjesto promatranja svjetlosti koja nam dolazi, oni proučavaju krhotine eksplodiranih zvijezda upravo ovdje na Zemlji. Prave kozmičke peći, zvijezde u svojoj jezgri stvaraju mnoge elemente, od ugljika i kisika do kalcija i željeza. To uključuje rijetke izotope – varijante kemijskih elemenata – poput željeza-60.

Većina zvijezda u svemiru male su i beznačajne te će na kraju izblijedjeti bez ikakve pompe. No neke obasjaju nebo svojom smrću i, čineći to, ne samo da nas uče o životu zvijezda: one stvaraju građevne blokove života i pomažu nam rekonstruirati cijelu povijest svemira. To su zvijezde koje završavaju svoj život kao supernove, jedne od najnasilnijih eksplozija u svemiru. Kada masivne zvijezde eksplodiraju kao supernove na kraju svog života, ti se elementi izbacuju u svemir i postaju međuzvjezdana prašina. Sićušna zrnca te prašine zatim plutaju galaksijom i ponekad dospiju na površinu Zemlje. Radioaktivno željezo-60, pravi otisak prsta zvjezdanih eksplozija, ugrađeno je u ta zrnca. Tražeći te atome u Zemljinim geološkim arhivama, možemo istraživati astrofizičke događaje poput supernova dugo nakon što je njihova svjetlost utrnula.

Zato je Antarktika tako vrijedna. Njezin se snijeg polako nakuplja i uglavnom ostaje netaknut, tvoreći slojeviti zapis koji seže desecima tisuća godina u prošlost. Svaki sloj bilježi trenutak materije prisutne u našem kozmičkom susjedstvu u to vrijeme. Kada su proučavali 500 kilograma nedavnog snijega s Antarktike, iznenada su otkrili taj rijetki radioaktivni izotop. Otkud je došao? Nije bilo nedavne supernove u blizini Zemlje. No naše solarno susjedstvo ispunjeno je s petnaestak oblaka, a Sunčev sustav trenutno prolazi kroz barem jedan od njih. Čeka li zvjezdana prašina u tim oblacima prije nego što je Zemlja uhvati? Ako da, tada bi količina zvjezdane prašine koju Zemlja prikupi trebala biti povezana s njihovom strukturom: što su oblaci gušći, to sadrže više željeza-60. To je bila njihova razumna hipoteza 2019. godine.

Ubrzo su ponuđena druga objašnjenja. Prije milijuna godina Zemlja je primila značajne kiše željeza-60 od masivnih supernova. Je li željezo-60 pronađeno u antarktičkom snijegu posljednji ostatak ili odjek tog signala? Kiša koja je postala rosulja? Kako bi to saznali, analizirali su dio od 300 kilograma antarktičkog leda starog između 40.000 i 80.000 godina. Proces je mukotrpan. Led se mora otopiti, a zatim kemijski obraditi kako bi se izolirale neznatne količine željeza, uključujući željezo-60 iz zvjezdane prašine. Zatim su, zahvaljujući vrlo osjetljivoj tehnici brojanja atoma spektrometrijom mase s akceleratorom, korištenoj u postrojenju za teške ione Australskog nacionalnog sveučilišta, brojali atome željeza-60 jedan po jedan.

Očekivanje je bilo jednostavno: na temelju prethodnih mjerenja u površinskom snijegu Antarktike i u oceanskim sedimentima starim nekoliko tisuća godina, očekivali su relativno konstantnu razinu taloženja željeza-60. No pronašli su manje nego što se očekivalo. Ne nulu, već razinu znatno nižu od očekivane. Taj rezultat sugerira da je manja količina međuzvjezdane prašine dopirala do Zemlje tijekom tog razdoblja. Riječ je o izvanrednoj promjeni na relativno kratkoj astrofizičkoj vremenskoj skali, koja se ne podudara s dugim vremenskim skalama taloženja željeza-60 koje su stigle na Zemlju prije milijuna godina. Stoga je trebalo potražiti manji i lokalniji izvor za taj izotop.

Naravno, astronomi su također vrlo zainteresirani za oblake koji okružuju Sunčev sustav. Prošle godine studija koja je rekonstruirala njihovu povijest došla je do zaključka da oni najvjerojatnije potječu od zvjezdane eksplozije. Istraživači su također pokazali da Sunčev sustav prolazi kroz Lokalni međuzvjezdani oblak već negdje između 40.000 i 124.000 godina. Ako je to točno, trebalo bi očekivati da se količina željeza-60 prikupljenog na Zemlji promijenila tijekom tog istog razdoblja, između 40.000 i 124.000 godina. Upravo su to pokazali njihovi rezultati na Antarktici. Priča se, međutim, ne podudara savršeno. Da ti oblaci potječu izravno od eksplodirane zvijezde, trebali bismo primijetiti mnogo više željeza-60 nego što ga zapravo detektiramo u antarktičkom ledu.

Bez obzira na sve, ti su oblaci ostavili svoj trag u geološkim arhivima Zemlje. Ako pogledamo dublje i analiziramo još stariji led, uskoro bismo mogli razriješiti misterij tih lokalnih međuzvjezdanih oblaka, otkrivajući njihovu cjelokupnu povijest i još uvijek nesigurno podrijetlo.