Taivaalta sataa yhä tähtipölyä yli 100 miljoonan vuoden takaa – Merenpohjan plutoniumlöytö mullistaa käsityksen raskaiden alkuaineiden synnystä

Avaruus ei ole niin kaukainen ja muuttumaton kuin usein kuvittelemme. Tuore kansainvälinen tutkimus paljastaa, että tälläkin hetkellä planeetallemme sataa tähtipölyä yli sadan miljoonan vuoden takaisesta kosmisesta katastrofista. Tutkijat löysivät Tyynenmeren pohjasta ferromangaanikuoresta plutonium-244-atomeja, jotka ovat peräisin aurinkokuntamme ulkopuolelta. Löytö on merkittävä, sillä se täsmentää paitsi tapahtuman ikää, myös antaa vihjeitä siitä, missä maailmankaikkeuden raskaimmat alkuaineet, kuten kulta ja uraani, syntyvät.

Plutoniumin jäljillä merenpohjassa

Löytö perustuu Tyynenmeren syvyyksistä nostetun, noin kilon painoisen ferromangaanikuoren huolelliseen analyysiin. Tutkijat käyttivät kiihdytinmassaspektrometriaa (AMS) Australian ydintutkimusjärjestö ANSTO:n huipputarkassa VEGA-laitteistossa tunnistaakseen yksittäisiä plutonium-244-atomeja . Kyseessä on plutoniumin pitkäikäinen isotooppi, jonka puoliintumisaika on peräti 80,6 miljoonaa vuotta. Maapallon oloissa sitä ei synny luontaisesti, joten sen läsnäolo on selvä merkki tähtienvälisestä alkuperästä .

Itse plutoniumin löytyminen ei ollut uutinen – siitä raportoitiin ensi kertaa vuonna 2021 – mutta nyt julkaistussa Nature Astronomy -lehden tutkimuksessa mentiin askeleen pidemmälle.

Puuttuva curium paljasti tapahtuman iän

Ratkaiseva havainto oli se, mitä ei löytynyt. Tutkijat etsivät kuoren kerroksista myös curium-247:ää, joka on niin ikään r-prosessissa (rapid neutron-capture process) syntyvä radioaktiivinen isotooppi. Curium-247:n puoliintumisaika on vain 15,6 miljoonaa vuotta – eli alle viidesosa plutonium-244:n puoliintumisajasta .

Avaruusperäistä curium-247:ää ei löytynyt lainkaan. Ainoat pienet jäämät olivat peräisin 1900-luvun ydinkokeista, mikä samalla todisti, että ferromangaanikuori pystyy sitomaan curiumia samalla tavalla kuin plutoniumia. Tämä puuttuminen ei ollut pettymys, vaan etsitty avain. Koska curiumia ei enää ollut, tutkijat päättelivät, että sen tuottaneesta kosmisesta räjähdyksestä on kulunut vähintään noin kymmenen curiumin puoliintumisaikaa. Tämä työntää tapahtuman ajankohdan noin 100–150 miljoonan vuoden päähän, liitukauden tuntumaan, jolloin dinosaurukset vielä vaelsivat maapallolla .

Tasainen sade kertoo jättimäisestä lähteestä

Toinen keskeinen havainto oli plutoniumin tasainen jakautuminen. Sitä ei ollut keskittyneenä tiettyyn, yksittäistä tuoretta tapahtumaa vastaavaan kuorikerrokseen, vaan sitä esiintyi kaikissa tutkituissa kerroksissa . Tämä tarkoittaa, että Maapallo ei ole vain kerran pyyhkäissyt avaruudessa leijuvan pölypilven läpi. Sen sijaan olemme yhä keskellä tuon muinaisen räjähdyksen levittämää, laajaa jäänteiden kenttää, josta tähtipölyä sataa tasaisena virtana planeetallemme.

Tällainen mittakaava ei sovi tavalliseen supernovaan, eli suuren tähden elinkaaren lopun räjähdykseen. Tavalliset supernovat eivät tuota riittävästi r-prosessin raskaita alkuaineita, kuten plutoniumia, selittääkseen havaitun signaalin . Tutkijoiden mukaan todennäköisin lähde on neutronitähtien törmäys eli kilonova, tai mahdollisesti äärimmäisen energinen, harvinainen supernovatyyppi. Tällaiset massiiviset tapahtumat pystyvät levittämään runsaasti syntetisoimiaan raskaita alkuaineita valtavalle alueelle linnunradassa .

Mitä tämä kertoo alkuaineiden synnystä?

Löydöllä on syvällinen merkitys astrofysiikalle. Se vahvistaa, että monet meistä tutut raskaat alkuaineet, kuten kulta, platina ja uraani, ovat todennäköisesti syntyneet juuri tällaisissa äärimmäisissä kosmisissa törmäyksissä eivätkä rutiininomaisissa supernovissa. Tutkimuksen vanhempi kirjoittaja, fyysikko Anton Wallner Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfista tiivistää: "Tuloksemme viittaavat siihen, että plutonium on peräisin hyvin harvinaisista kosmisista räjähdyksistä, kuten sellaisista, jotka tapahtuvat kahden neutronitähden sulautuessa."

Tämä Tyynenmeren syvyyksistä löytynyt radioaktiivinen tähtipöly on kuin kosminen aikakapseli ja sanansaattaja. Se kertoo meille linnunradan historiasta, omasta paikastamme siinä ja siitä, miten tuntemamme aine on saanut alkunsa kauan sitten, kaukana tähtien keskellä.