È tutto intorno a noi. Ogni giorno della nostra vita siamo in contatto con esso. Infatti, ne siamo fatti noi:antica polvere di stelle.

Tutti gli atomi intorno a noi hanno assistito alle esplosioni più violente dell'universo. I loro viaggi nello spazio sono i più lunghi, viaggi più difficili e solitari che si possano immaginare.

L'idrogeno nell'acqua che beviamo è il più leggero di tutti gli elementi, e risale al Big Bang all'inizio dell'universo. elementi più pesanti, come il ferro nel nostro sangue e l'ossigeno nell'aria che respiriamo, furono forgiati nelle stelle ed espulsi quando esplosero alla fine della loro vita.

La polvere di lontane esplosioni stellari sta ancora cadendo sulla Terra in un dolce, pioggia quasi impercettibile. Nella mia ricerca, Cerco tracce di questa polvere per scoprire come le stelle esplosive hanno influenzato la storia della Terra e forse scoprire indizi sull'origine degli elementi più pesanti dell'universo.

A caccia di atomi

Per molti anni io e i miei colleghi abbiamo cercato polvere di stelle fresca (o qualsiasi altro tipo di polvere interstellare) attraverso il gigantesco bidone della spazzatura che chiamiamo casa:la Terra. Abbiamo bisogno di polvere caduta relativamente di recente (in termini cosmici), perché poi abbiamo la possibilità di risalire a un evento ea un luogo come una particolare stella che esplode.

Nello specifico, cerchiamo atomi di ferro-60 (o ⁶⁰Fe), un isotopo radioattivo del ferro. Il ferro-60 è molto raro sulla Terra, in quanto è prodotto principalmente in stelle massicce e si trova in quantità minori nella polvere cosmica e nei meteoriti. Però, ha un'emivita di 2,6 milioni di anni, il che significa che gli atomi che arrivano qui restano a lungo prima di decadere.

Sulla Terra piove solo una piccolissima quantità di ferro-60:ogni centimetro quadrato della superficie del pianeta riceve pochi atomi all'anno. Se hai tirato fuori la lingua per un anno intero, potresti assaggiare solo una manciata di atomi di ferro-60.

Per trovare ferro-60, abbiamo bisogno dell'aiuto della natura:aree della superficie terrestre che sono in gran parte indisturbate e formano un "archivio geologico" che concentra e immagazzina il ferro-60 nel tempo.

Tracce sotto il mare

Il ferro-60 delle stelle è stato scoperto per la prima volta nel 2004, in strati di roccia oceanica profonda chiamata "crosta ferromanganese". Questi strati duri contenenti ferro si sviluppano molto lentamente:in un milione di anni, la crosta crescerà solo di pochi millimetri.

Queste volte geologiche hanno conservato il loro ferro-60 fino a quando non sono stati prelevati campioni e studiati utilizzando una tecnica ultrasensibile chiamata spettrometria di massa con acceleratore.

Il ferro-60 trovato nel 2004 suggeriva che la Terra avesse sperimentato un afflusso di polvere interstellare da una stella (o supernova) che esplodeva circa 2 milioni di anni fa. Nel 2016, ciò è stato confermato da diversi studi indipendenti sui sedimenti oceanici, croste di acque profonde e persino rocce dalla Luna.

Più recentemente, tracce di ferro-60 trovate nei fondali marini hanno rivelato un altro afflusso di polvere interstellare circa 7 milioni di anni fa.

Quindi sappiamo che la Terra è stata colpita da almeno due esplosioni stellari vicine negli ultimi milioni di anni. I dati raccolti hanno inoltre indicato che del ferro-60 potrebbe essere ancora piovuto sulla Terra negli ultimi duecentomila anni.

La polvere interstellare cade ancora oggi?

La ricerca della polvere interstellare negli ultimi tempi è più impegnativa perché la natura non ci aiuta più molto.

Primo, non è possibile una concentrazione di ferro-60 in un periodo di pochi anni. Ciò significa che dobbiamo prelevare un campione su un'area molto più ampia per trovare un numero utile di atomi di ferro-60.

Secondo, da quando gli umani hanno inventato le armi nucleari e altre tecnologie nucleari, ci sono molti nuovi isotopi radioattivi presenti sulla Terra. Quindi c'è una piccola possibilità che qualsiasi ferro-60 che trovi oggi possa essere stato creato dagli umani piuttosto che dalle stelle esplosive.

Non ci sono molti posti dove cercare la polvere interstellare recente con la sua firma ferro-60, ma uno di loro è nella neve pura della remota Antartide. Ancora, è necessario raccogliere diverse centinaia di chilogrammi di neve per un campione abbastanza grande da misurare in modo affidabile se contiene o meno ferro interstellare-60.

Nel 2019, abbiamo analizzato 500 chilogrammi di neve antartica e abbiamo trovato 10 atomi di ferro-60. La neve che abbiamo raccolto non aveva più di 20 anni, ed era circa la quantità che sarebbe caduta in un anno su 6 metri quadrati di terreno in Antartide.

Il ferro-60 era di origine interstellare e perfettamente all'interno delle aspettative dalle misurazioni precedenti, e abbiamo anche escluso l'attività nucleare umana come fonte. Questa è stata la prima prova che c'è ancora polvere interstellare dalle supernove che piove su di noi ogni giorno.

Siamo stati in grado di confermare questo risultato e di estenderlo agli ultimi 35, 000 anni cercando nei sedimenti oceanici. Combinando tutte le prove, ora abbiamo un record di afflussi di polvere interstellare, su una scala di anni, migliaia di anni, e milioni di anni.

Il futuro dell'antica polvere di stelle

Qual è il futuro della caccia alla polvere di stelle? prima di tutto, abbiamo ancora una lacuna nei dati nei 100, Intervallo di 000 anni che deve essere riempito per comprendere appieno l'origine e la connessione dei flussi osservati.

Un'altra linea di ricerca è usare ciò che sappiamo sugli afflussi di ferro-60 per cercare qualcosa di molto più pesante, plutonio-244. Questo è l'isotopo radioattivo più longevo del plutonio con un'emivita di 81 milioni di anni.

Come circa la metà degli elementi più pesanti del ferro, il plutonio-244 è creato da una serie di reazioni nucleari chiamate processo r astrofisico. Però, sebbene gli scienziati capiscano come funziona questo processo, eppure non sappiamo dove nell'universo vengono prodotti questi elementi pesanti.

Si credeva che le supernovae implicassero le giuste condizioni per il verificarsi del processo r, ma ci sono anche alcune prove che suggeriscono che molti degli elementi pesanti possono invece essere prodotti quando le stelle di neutroni si scontrano.

Un modo per far luce su questa domanda è cercare il plutonio-244 negli stessi luoghi in cui abbiamo trovato il ferro-60, che sappiamo proviene da supernovae.

Nel mio dottorato ricerca tornerò alle radici della caccia al ferro-60, le croste di ferromanganese. Se troviamo che il plutonio-244 segue il ferro-60, potrebbe puntare verso un processo r stellare. La caccia è in corso.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.