Está tudo em nossa volta. Todos os dias de nossas vidas estamos em contato com ele. Na verdade, nós somos feitos dela:poeira estelar antiga.

Todos os átomos ao nosso redor testemunharam as explosões mais violentas do universo. Suas viagens pelo espaço são as mais longas, as viagens mais difíceis e solitárias que se possa imaginar.

p O hidrogênio na água que bebemos é o mais leve de todos os elementos, e remonta ao Big Bang no início do universo. Elementos mais pesados, como o ferro em nosso sangue e o oxigênio no ar que respiramos, foram forjados em estrelas e ejetados quando explodiram no final de suas vidas.

A poeira de explosões estelares distantes ainda está caindo na Terra de uma forma suave, chuva quase imperceptível. Em minha pesquisa, Eu procuro vestígios dessa poeira para aprender como a explosão de estrelas afetou a história da Terra - e talvez descubra pistas sobre a origem dos elementos mais pesados ​​do universo.

Átomos de caça

Por muitos anos, meus colegas e eu procuramos por poeira estelar fresca (ou qualquer outro tipo de poeira interestelar) em uma lixeira gigante que chamamos de lar:Terra. Precisamos de poeira que caiu há relativamente pouco tempo (em termos cósmicos), porque então temos a chance de rastreá-lo de volta a um evento e um local como uma estrela explodindo em particular.

p Especificamente, procuramos átomos de ferro-60 (ou ⁶⁰Fe), um isótopo radioativo de ferro. Ferro-60 é muito raro na Terra, visto que é produzido principalmente em estrelas massivas e é encontrado em pequenas quantidades na poeira cósmica e meteoritos. Contudo, tem meia-vida de 2,6 milhões de anos, o que significa que os átomos que chegam aqui permanecem por um longo tempo antes de se decomporem.

Apenas uma pequena quantidade de ferro-60 chove na Terra:cada centímetro quadrado da superfície do planeta recebe alguns átomos por ano. Se você mostrou a língua por um ano inteiro, você pode sentir o gosto de apenas um punhado de átomos de ferro-60.

Para encontrar o ferro-60, precisamos da ajuda da natureza:áreas da superfície da Terra que estão praticamente intactas e formam um "arquivo geológico" que concentra e armazena o ferro-60 ao longo do tempo.

Traços no fundo do mar

p O ferro-60 das estrelas foi descoberto pela primeira vez em 2004, em camadas de rochas oceânicas profundas chamadas "crosta ferromanganês". Essas camadas contendo ferro duro se desenvolvem muito lentamente:em um milhão de anos, a crosta crescerá apenas alguns milímetros.

Essas abóbadas geológicas mantiveram seu ferro-60 até que as amostras sejam coletadas e estudadas usando uma técnica ultrassensível chamada espectrometria de massa do acelerador.

O ferro-60 encontrado em 2004 sugere que a Terra experimentou um influxo de poeira interestelar de uma estrela em explosão (ou supernova) cerca de 2 milhões de anos atrás. Em 2016, isso foi confirmado por vários estudos independentes de sedimentos oceânicos, crostas do fundo do mar e até rochas da lua.

Mais recentemente, vestígios de ferro-60 encontrados no fundo do mar revelaram outro influxo de poeira interestelar há cerca de 7 milhões de anos.

p Portanto, sabemos que a Terra foi impactada por pelo menos duas explosões estelares próximas nos últimos milhões de anos. Os dados coletados indicaram ainda que algum ferro-60 ainda pode ter chovido na Terra nas últimas centenas de milhares de anos.

A poeira interestelar ainda está caindo hoje?

A busca por poeira interestelar nos últimos tempos é mais desafiadora porque a natureza não está mais nos ajudando muito.

Primeiro, não há concentração de ferro-60 possível em um período de alguns anos. Isso significa que precisamos tirar uma amostra de uma área muito maior para encontrar um número útil de átomos de ferro-60.

Segundo, uma vez que os humanos inventaram as armas nucleares e outras tecnologias nucleares, existem muitos novos isótopos radioativos presentes na Terra. Portanto, há uma pequena chance de que qualquer iron-60 que você encontre hoje possa ter sido criado por humanos em vez de estrelas explodindo.

Não há muitos lugares para procurar poeira interestelar recente por sua assinatura iron-60, mas um deles está na neve pura da remota Antártica. Ainda, você precisa coletar várias centenas de quilos de neve para obter uma amostra grande o suficiente para medir com segurança se ela contém ou não ferro-60 interestelar.

Em 2019, analisamos 500 quilogramas de neve da Antártica e encontramos 10 átomos de ferro-60. A neve que coletamos não tinha mais de 20 anos, e era sobre a quantidade que cairia em um ano mais de 6 metros quadrados de solo na Antártica.

O iron-60 era de origem interestelar e perfeitamente dentro das expectativas das medições anteriores, e também excluímos a atividade nuclear humana como a fonte. Esta foi a primeira evidência de que ainda há poeira interestelar de supernovas caindo sobre nós todos os dias.

p Conseguimos confirmar este resultado e estendê-lo ao longo dos últimos 35, 000 anos pesquisando em sedimentos oceânicos. Combinando todas as evidências, agora temos um registro de influxos de poeira interestelar, em uma escala de anos, milhares de anos, e milhões de anos.

O futuro da poeira estelar antiga

O que vem a seguir na caça à poeira estelar? Primeiramente, ainda temos uma lacuna nos dados em 100, Intervalo de 000 anos que precisa ser preenchido para compreender completamente a origem e a conexão dos influxos observados.

Outra linha de investigação é usar o que sabemos sobre influxos de ferro-60 para procurar algo muito mais pesado, plutônio-244. Este é o isótopo radioativo de plutônio de vida mais longa, com meia-vida de 81 milhões de anos.

p Como cerca de metade dos elementos mais pesados ​​que o ferro, o plutônio-244 é criado por uma série de reações nucleares chamadas de processo r astrofísico. Contudo, embora os cientistas entendam como esse processo funciona, ainda não sabemos onde no universo esses elementos pesados ​​são produzidos.

p Acredita-se que as supernovas envolvam as condições certas para que o processo r ocorra, but there is also some evidence suggesting that many of the heavy elements may instead be produced when neutron stars collide.

One way to shed light on this question is to look for plutonium-244 in the same places where we have found iron-60, which we know comes from supernovae.

In my Ph.D. research I will go back to the roots of iron-60 hunting, the ferromanganese crusts. If we find that plutonium-244 follows the iron-60, it might point towards a stellar r-process. The hunt is ongoing.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.