Plutonium aus uralter kosmischer Explosion auf dem Boden des Pazifischen Ozeans gefunden

Trümmer einer katastrophalen kosmischen Explosion vor mehr als 100 Millionen Jahren fallen noch heute auf die Erde. Ein internationales Forscherteam hat Hunderte von Atomen des Plutonium-244 nachgewiesen – ein radioaktives Isotop, das nur bei den gewaltsamsten Ereignissen im Universum entstehen kann –, die in einer langsam wachsenden Kruste eingebettet sind, die aus den Tiefen des Pazifischen Ozeans geborgen wurde.

Die Studie, die diese Woche in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, wurde von Dr. Dominik Koll und Professor Anton Wallner vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in Deutschland in Zusammenarbeit mit der Australian Nuclear Science and Technology Organisation und der Australian National University geleitet.phys+1

Der Fingerabdruck einer Kilonova

Die wahrscheinlichste Quelle des Plutoniums ist eine Kilonova – die Explosion, die entsteht, wenn zwei Neutronensterne kollidieren –, die zu den hellsten Objekten in der Galaxie gehören, wenn sie auftreten. Solche Verschmelzungen gelten als verantwortlich für die Entstehung und Verteilung von etwa der Hälfte der schweren Elemente im Universum.physics.anu+1

Das Team analysierte eine 1,9 Kilogramm schwere Ferromangan-Krustenprobe, die vom Boden des Pazifischen Ozeans in einer Tiefe von 4.830 Metern entnommen wurde. Unter Verwendung der Beschleunigermassenspektrometrie am Centre for Accelerator Science der ANSTO identifizierten sie einige hundert Atome Plutonium-244, das eine Halbwertszeit von 81 Millionen Jahren hat.phys

Entscheidend war, dass das Plutonium gleichmäßig über die Krustenschichten verteilt war und nicht in Tiefen konzentriert war, die zwei bekannten nahegelegenen Supernovae aus den letzten 10 Millionen Jahren entsprachen. Dies zeigte, dass das Plutonium als kontinuierlicher Regen ankam, unabhängig von diesen Supernova-Ereignissen.physics.anu+1

Datierung der Explosion

Um den Zeitpunkt des Ursprungsereignisses zu bestimmen, suchten die Forscher in denselben Proben nach Curium-247, einem weiteren Transuran-Element, das neben Plutonium bei r-Prozess-Ereignissen entsteht, aber eine viel kürzere Halbwertszeit von etwa 16 Millionen Jahren hat. Sie fanden keines.phys+1

„Die einzige mögliche Erklärung ist, dass die kosmische Explosion, die für das Plutonium verantwortlich ist, so lange her ist, dass das Curium bereits praktisch vollständig zerfallen ist“, sagte Dr. Michael Hotchkis, ein Co-Autor, der Messungen an der ANSTO durchführte.phys

Dieses Fehlen verschob das geschätzte Datum der Explosion auf mindestens 100 Millionen Jahre zurück. „Es ist faszinierend, dass wir heute in einer Probe, die zig Millionen Jahre alt ist, Signaturen eines Prozesses von vor mehr als 100 Millionen Jahren messen können“, sagte Dr. Koll.physics.anu

Das kosmische Rezept neu schreiben

Die Ergebnisse haben direkte Auswirkungen auf das Verständnis, wie die schwersten Elemente des Universums geschmiedet werden. Die gleichmäßige Verteilung von Plutonium-244 schließt die beiden kürzlichen nahegelegenen Supernovae als Quellen für r-Prozess-Material aus und deutet stattdessen auf seltenere, energiereichere Ereignisse wie Neutronensternverschmelzungen hin.nanowerk+1

„Wir haben mit diesem Ergebnis mehrere Szenarien ausgeschlossen, wie zum Beispiel eine vorgeschlagene Neutronensternverschmelzung in der Nähe der Erde innerhalb der letzten 10 Millionen Jahre“, sagte Dr. Koll. „Unsere Daten zeigen, dass die Natur komplizierter ist. Wir müssen mehr in Modelle und auch in Experimente investieren, um der Wahrheit auf die Spur zu kommen“.physics.anu