Het is overal om ons heen. Elke dag in ons leven zijn we ermee in contact. In feite, we zijn er van gemaakt:oud sterrenstof.

Alle atomen om ons heen zijn getuige geweest van de meest gewelddadige explosies in het universum. Hun reizen door de ruimte zijn de langste, ruigste en eenzaamste reizen die je je kunt voorstellen.

De waterstof in het water dat we drinken is de lichtste van alle elementen, en het dateert uit de oerknal aan het begin van het heelal. Zwaardere elementen, zoals het ijzer in ons bloed en de zuurstof in de lucht die we inademen, werden in sterren gesmeed en uitgeworpen toen ze aan het einde van hun leven explodeerden.

Stof van verre stellaire explosies valt nog steeds op aarde in een zachte, bijna onmerkbare regen. In mijn onderzoek, Ik jaag op sporen van dit stof om meer te weten te komen over hoe exploderende sterren de geschiedenis van de aarde hebben beïnvloed - en misschien om aanwijzingen te ontdekken over de oorsprong van de zwaarste elementen van het universum.

Op atomen jagen

Al vele jaren zijn mijn collega's en ik op zoek naar vers sterrenstof (of een ander soort interstellair stof) in de gigantische vuilnisbak die we thuis noemen:de aarde. We hebben stof nodig dat relatief recentelijk is gevallen (in kosmische termen), want dan hebben we een kans om het terug te traceren naar een gebeurtenis en een locatie zoals een bepaalde exploderende ster.

specifiek, we zoeken naar atomen van ijzer-60 (of ⁶⁰Fe), een radioactieve isotoop van ijzer. IJzer-60 is zeer zeldzaam op aarde, omdat het voornamelijk wordt geproduceerd in massieve sterren en in kleine hoeveelheden wordt aangetroffen in kosmisch stof en meteorieten. Echter, het heeft een halfwaardetijd van 2,6 miljoen jaar, wat betekent dat de atomen die hier aankomen lang blijven hangen voordat ze vergaan.

Slechts een kleine hoeveelheid ijzer-60 regent op aarde:elke vierkante centimeter van het aardoppervlak ontvangt een paar atomen per jaar. Als je een jaar lang je tong uitsteekt, je proeft misschien maar een handvol atomen van ijzer-60.

Om ijzer-60 te vinden, we hebben de hulp van de natuur nodig:gebieden van het aardoppervlak die grotendeels ongestoord zijn en een 'geologisch archief' vormen dat de ijzer-60 in de loop van de tijd concentreert en opslaat.

Sporen onder de zee

IJzer-60 van de sterren werd voor het eerst ontdekt in 2004, in lagen diepzeegesteente genaamd "ferromangaankorst". Deze harde ijzerhoudende lagen ontwikkelen zich heel langzaam:in een miljoen jaar de korst zal maar een paar millimeter groeien.

Deze geologische gewelven behielden hun ijzer-60 totdat monsters werden genomen en bestudeerd met behulp van een ultragevoelige techniek die accelerator-massaspectrometrie wordt genoemd.

De ijzer-60 die in 2004 werd gevonden, suggereerde dat de aarde ongeveer 2 miljoen jaar geleden een instroom van interstellair stof van een exploderende ster (of supernova) had ervaren. in 2016, dit werd bevestigd door verschillende onafhankelijke studies van oceaansedimenten, diepzeekorsten en zelfs rotsen van de maan.

Recenter, sporen van ijzer-60 gevonden in zeebodems onthulden een nieuwe instroom van interstellair stof ongeveer 7 miljoen jaar geleden.

We weten dus dat de aarde de afgelopen miljoenen jaar is getroffen door ten minste twee nabijgelegen stellaire explosies. De verzamelde gegevens wezen er verder op dat er in de afgelopen paar honderdduizend jaar nog steeds wat ijzer-60 op aarde zou kunnen regenen.

Valt er vandaag nog steeds interstellair stof naar beneden?

De zoektocht naar interstellair stof in de afgelopen tijd is een grotere uitdaging omdat de natuur ons niet veel meer helpt.

Eerst, er is geen concentratie van ijzer-60 mogelijk over een periode van enkele jaren. Dit betekent dat we een monster over een veel groter gebied moeten nemen om een ​​bruikbaar aantal ijzer-60 atomen te vinden.

Tweede, sinds mensen kernwapens en andere nucleaire technologie hebben uitgevonden, er zijn veel nieuwe radioactieve isotopen op aarde aanwezig. Er is dus een kleine kans dat een ijzer-60 die je vandaag vindt, door mensen is gemaakt in plaats van door exploderende sterren.

Er zijn niet veel plaatsen om naar recent interstellair stof te zoeken door zijn ijzer-60 signatuur, maar een ervan bevindt zich in de pure sneeuw van het afgelegen Antarctica. Nog altijd, je moet enkele honderden kilo's sneeuw verzamelen voor een monster dat groot genoeg is om betrouwbaar te meten of het interstellair ijzer-60 bevat.

in 2019, we analyseerden 500 kilo Antarctische sneeuw en vonden 10 atomen ijzer-60. De sneeuw die we verzamelden was niet meer dan 20 jaar oud, en was ongeveer de hoeveelheid die in één jaar over 6 vierkante meter grond op Antarctica zou vallen.

De ijzer-60 was van interstellaire oorsprong en voldeed perfect aan de verwachtingen van eerdere metingen, en we hebben ook menselijke nucleaire activiteit uitgesloten als de bron. Dit was het eerste bewijs dat er nog steeds elke dag interstellair stof van supernova's op ons neerkomt.

We konden dit resultaat bevestigen en uitbreiden over de afgelopen 35, 000 jaar door te zoeken in oceaansedimenten. Door al het bewijs te combineren, we hebben nu een record van interstellaire stofinstroom, op een schaal van jaren, duizende jaren, en miljoenen jaren.

De toekomst van het oude sterrenstof

Wat volgt er in de jacht op sterrenstof? Ten eerste, we hebben nog steeds een gat in de gegevens in de 100, 000 jaar bereik dat moet worden ingevuld om de oorsprong en het verband van de waargenomen instroom volledig te begrijpen.

Een andere onderzoekslijn is om wat we weten over de instroom van ijzer-60 te gebruiken om op iets veel zwaarders te jagen, plutonium-244. Dit is de langstlevende radioactieve isotoop van plutonium met een halfwaardetijd van 81 miljoen jaar.

Zoals ongeveer de helft van de elementen zwaarder dan ijzer, plutonium-244 wordt gecreëerd door een reeks kernreacties die het astrofysische r-proces wordt genoemd. Echter, hoewel wetenschappers begrijpen hoe dit proces werkt, toch weten we niet waar in het heelal deze zware elementen worden geproduceerd.

Men geloofde dat supernova's de juiste omstandigheden met zich meebrachten om het r-proces te laten plaatsvinden, maar er zijn ook aanwijzingen dat veel van de zware elementen in plaats daarvan kunnen worden geproduceerd wanneer neutronensterren botsen.

Een manier om licht op deze vraag te werpen, is door te zoeken naar plutonium-244 op dezelfde plaatsen waar we ijzer-60 hebben gevonden, waarvan we weten dat het afkomstig is van supernova's.

In mijn Ph.D. onderzoek Ik ga terug naar de oorsprong van de ijzer-60 jacht, de ferromangaan korsten. Als we ontdekken dat plutonium-244 het ijzer-60 volgt, het zou kunnen wijzen op een stellair r-proces. De jacht is aan de gang.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.