Spår av uråldrig kosmisk katastrof regnar fortfarande över jorden

Forskare har hittat konkreta bevis för en uråldrig kosmisk katastrof på en oväntad plats: djupt nere i Stilla havets botten. Genom att analysera en långsamt växande ferromanganskorpa upptäckte ett internationellt forskarlag atomer av det sällsynta radioaktiva grundämnet plutonium-244, som inte kommer från jorden utan från en våldsam stjärnexplosion långt, långt borta . Studien publicerades nyligen i tidskriften Nature Astronomy.

Hur hittade man rymdplutonium?

Hemligheten bakom upptäckten ligger i den känsliga teknik som används. Teamet, lett av fysikern Anton Wallner från Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, använde acceleratormasspektrometri (AMS) vid den australiska forskningsanläggningen ANSTO:s unika VEGA-facilitet . Denna metod gör det möjligt att räkna enskilda atomer. I ett kilo havsskorpa identifierade de blott ett par hundra atomer av plutonium-244 – en isotop med en halveringstid på 80,6 miljoner år . Att dessa atomer överhuvudtaget existerar på jorden, som bildades för 4,5 miljarder år sedan, är i sig ett mysterium om de inte nyligen tillförts från rymden.

Det saknade curiumet daterar katastrofen

För att förstå när denna kosmiska händelse inträffade, letade forskarna efter ett annat spårämne i samma skorpa: curium-247. Detta grundämne bildas samtidigt som plutonium i den så kallade r-processen (rapid neutron-capture process), en extremt snabb neutroninfångning som krävs för att skapa universums tyngsta grundämnen . Curium-247 har dock en mycket kortare halveringstid, endast 15,6 miljoner år.

Resultatet var slående. Forskarna fann inget curium-247 från rymden – endast mikroskopiska spår från mänsklighetens kärnvapentester som fungerade som en kontroll på att skorpan kan bevara curium . Frånvaron av kosmiskt curium är den avgörande ledtråden. Eftersom i stort sett allt curium-247 sedan dess har hunnit sönderfalla, måste minst 10 halveringstider ha passerat sedan explosionen. Detta flyttar dateringen av händelsen till ungefär 100–150 miljoner år tillbaka i tiden, snarare än för bara några miljoner år sedan som man tidigare trott . Detta var långt före dinosauriernas storhetstid – under kritaperioden.

Ett kontinuerligt regn från en massiv kollision

En annan viktig pusselbit är hur plutoniumet var fördelat i skorpan. Om atomerna kommit från en enda, relativt närliggande supernova för några miljoner år sedan, borde de ha varit koncentrerade i ett specifikt lager. Istället fann man plutonium-244 jämnt utspritt i alla lager .

Detta tyder på att jorden inte träffades av en enda chockvåg, utan att vårt solsystem fortfarande rör sig genom ett enormt, kvardröjande moln av radioaktivt stoff . Det är ett kontinuerligt regn av ”stjärnstoft” från en explosion som var så kraftfull att den spred tunga grundämnen över en enorm volym av Vintergatan.

Vilken typ av händelse kan åstadkomma något sådant? En vanlig supernova, där en massiv stjärna kollapsar, räcker inte till. Teorin och modellerna visar att sådana explosioner inte producerar tillräckligt med tunga r-processgrundämnen . Den mest troliga boven är istället något ännu mer spektakulärt: en kollision mellan två neutronstjärnor eller en extremt energirik och ovanlig typ av supernova, en så kallad kilonova . Dessa våldsamma händelser är universums främsta smedjor för guld, platina och andra tunga element som vi tar för givna här på jorden.