Βρέθηκαν τα ίχνη εκρήξεων πανάρχαιων σουπερνόβα. Proof that ancient supernovae zapped Earth sparks hunt for after effects

Προσομοίωση σουπερνόβα. Mass density distribution of 60Fe associated with the Local (foreground) and Loop I superbubbles at 2.2 Myr before present. The whitish red region near Earth (not drawn to scale) in the simulation represents material that has been expelled by recent supernova explosions. Credit: Michael Schulreich

Οι επιστήμονες βρήκαν στοιχεία για πανάρχαιες ισχυρές εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων (σουπερνόβα) που έγιναν κάποτε σχετικά κοντά στον πλανήτη μας και τον «έλουσαν» με κοσμική ακτινοβολία, ραδιενεργά κατάλοιπα της οποίας υπάρχουν μέχρι σήμερα.

Συγκεκριμένα, βρέθηκαν στον πλανήτη μας ίχνη που δείχνουν ότι τέτοιες εκρήξεις συνέβησαν σε δύο περιόδους: μία πριν από 1,7 έως 3,2 εκατομμύρια χρόνια και άλλη μία πιο παλιά, πριν από οκτώ εκατομμύρια χρόνια. Η πιθανή πηγή των εκρήξεων ήταν ένα μεγάλης ηλικίας αστρικό σμήνος, το οποίο πλέον έχει απομακρυνθεί από το ηλιακό μας σύστημα.

Η κοντινότερη στη Γη έκρηξη εκτιμάται ότι συνέβη πριν από 2,3 εκατομμύρια χρόνια σε απόσταση περίπου 300 ετών φωτός από τον Ήλιο μας. Ο αστέρας που καταστράφηκε είχε εκτιμώμενη μάζα 9,2 φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο.

Η δεύτερη κοντινότερη έκρηξη σουπερνόβα, από ένα αστέρα με μάζα 8,8 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου μας, έλαβε χώρα πριν από περίπου 1,5 εκατομμύρια χρόνια σε απόσταση περίπου 325 ετών φωτός.

Οι εκτιμήσεις βασίζονται στην μελέτη ενός συγκεκριμένου ραδιενεργού ισοτόπου του σιδήρου (⁶⁰Fe) – με χρόνο ημιζωής 2.6 εκατομμύρια έτη – , το οποίο παράγεται κατά τις εκρήξεις σουπερνόβα και μπορεί να ανιχνευθεί μέχρι σήμερα στον φλοιό της Γης στο βυθό των ωκεανών (Ατλαντικού, Ειρηνικού και Ινδικού).

Οι ερευνητές από διάφορες χώρες, με επικεφαλής τον Ντίτερ Μπράϊτσβερντ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Βερολίνου και τον ‘Αντον Γουόλνερ του Αυστραλιανού Εθνικού Πανεπιστημίου, έκαναν δύο σχετικές δημοσιεύσεις στο περιοδικό «Nature». Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι συγκεκριμένες εκρήξεις σουπερνόβα θα ήσαν ορατές στον ουρανό της Γης με φωτεινότητα ανάλογη της Σελήνης.

360 degrees rotation around the mass density distribution of 60Fe associated with the Local (foreground) and Loop I superbubbles at 2.2 Myr before present. Credit: Michael Schulreich

Για να είναι φονική μια έκρηξη σουπερνόβα, οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι πρέπει να γίνει σε απόσταση όχι μεγαλύτερη των 30 ετών φωτός από τη Γη. Παρόλα αυτά, ακόμη και πιο μακρινές εκρήξεις, που όμως φθάνουν ως τη Γη, μπορεί να έχουν άλλες επιδράσεις και οι επιστήμονες δεν αποκλείουν ότι με κάποιο τρόπο επηρέασαν την ανθρώπινη εξέλιξη στο μακρινό παρελθόν. Τώρα, οι ερευνητές θα προσπαθήσουν να συσχετίσουν τις εκρήξεις αυτές με πιθανά συμβάντα στον πλανήτη μας.

Πηγή: The locations of recent supernovae near the Sun from modelling 60Fe transport, nature.com/articles/doi:10.1038/nature17424 

Ισχυρισμός για ανίχνευση «σκοτεινής ύλης» υποβάλλεται σε έλεγχο. Controversial Dark Matter Claim Faces Ultimate Test

Μας περιβάλλει και μάλιστα σε πενταπλάσια ποσότητα από ότι η κανονική ύλη, εκτιμούν οι επιστήμονες. Dark matter is invisible. Based on the effect of gravitational lensing, a ring of dark matter has been inferred in this image of a galaxy cluster (CL0024+17) and has been represented in blue. Credit: NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)

Οι επιστήμονες είναι σχεδόν σίγουροι για την ύπαρξη αυτού του μυστηριώδους υλικού, το οποίο εκτιμάται ότι υπάρχει παντού γύρω μας, και μάλιστα σε πενταπλάσια ποσότητα από ό,τι η κανονική ύλη. Είναι όμως αόρατο εξ ορισμού, και μέχρι σήμερα κανείς δεν ξέρει από τι αποτελείται.

Τώρα, τέσσερις ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες θα επιχειρήσουν να αναπαράγουν ένα πείραμα στην Ιταλία, το οποίο φέρεται να ανίχνευσε για πρώτη φορά τη λεγόμενη σκοτεινή ύλη.

Ο ανιχνευτής DAMA χρησιμοποιεί κρυστάλλους ιωδιούχοι νατρίου (οι λευκοί κύκλοι δεξιά) μονωμένους με χαλκό. The DAMA team uses sodium iodide housed in copper to hunt for dark matter. Credit: LNGS-INFN

Εδώ και μια δεκαετία, δυσεξήγητες λάμψεις καταγράφονται στον ανιχνευτή DAMA, κρυμμένο βαθιά κάτω από το βουνό του Γκραν Σάσο στην κεντρική Ιταλία. Οι λάμψεις, λένε οι υπεύθυνοι του ερευνητικού προγράμματος, παράγονται όταν οι κρύσταλλοι του ανιχνευτή τύχει να συγκρουστούν με εισερχόμενα σωματίδια σκοτεινής ύλης.

Τα υποθετικά αυτά σωματίδια μπορεί να είναι τα λεγόμενα WIMP, ή «ασθενώς αλληλεπιδρώντα μαζικά σωματίδια» - μια από τις επικρατέστερες θεωρίες για τη σύσταση της σκοτεινής ύλης.

Από την πρώτη ανίχνευση το 1998 μέχρι σήμερα, ο ανιχνευτής DAMA καταγράφει μια περιοδική αυξομείωση στις λάμψεις στη διάρκεια κάθε έτους. Αυτό ακριβώς θα περίμενε κανείς να δει σύμφωνα με τις εκτιμήσεις άλλων ερευνητών, οι οποίοι υπολογίζουν ότι η Γη δέχεται περιοδικούς βομβαρδισμούς σωματίων καθώς περνά μέσα από έναν δακτύλιο σκοτεινής ύλης που περιβάλλει τον Γαλαξία.

Το πρόβλημα είναι ότι αν πρόκειται πράγματι για βομβαρδισμό της Γης από σκοτεινή ύλη «πολλά άλλα πειράματα για την ανίχνευση σκοτεινής ύλης θα το είχαν δει εδώ και πολύ καιρό», επισημαίνει στο δικτυακό τόπο του περιοδικού «Nature» o Καϊσουάν Νι του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, ο οποίος εργάζεται στον ανιχνευτή σκοτεινής ύλης Xenon1T.

Όμως η αδυναμία ανίχνευσης του σήματος με άλλους ανιχνευτές ίσως οφείλεται στη διαφορετική μεθοδολογία στην οποία βασίζεται ο DAMA: ο ιταλικός ανιχνευτής είναι ο μόνος που χρησιμοποιεί κρυστάλλους ιωδιούχους νατρίου για να καταγράφει τα εισερχόμενα WIMP. Είναι επομένως πιθανό ότι τα WIMP αλληλεπιδρούν με το στοιχείο νάτριο διαφορετικά από ό,τι με άλλα στοιχεία.

Τα νέα πειράματα

Some of the lead scientists of the SABRE experiment in the Stallwell gold mine. In the background is the radiation testing facility. Credit: Carl Knox (Swinburne University), Author provided

Αυτό το ενδεχόμενο θα εξετάσουν τώρα τέσσερα νέα πειράματα με κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου. Ο πρώτος ανιχνευτής, για τον οποίο συνεργάστηκαν το νοτιοκορεατικό πρόγραμμα KIMS και το αμερικανικό De-Ice, θα αρχίσει να λειτουργεί σε λίγες εβδομάδες στο υπόγειο εργαστήριο του Γιανγκγιάνγκ ανατολικά της Σεούλ.

Ένας ακόμα ανιχνευτής κατασκευάζεται από το πρόγραμμα ANAIS Experiment στα ισπανικά Πυρηναία, ενώ σε λίγα χρόνια αναμένεται να ολοκληρωθούν και δύο νέοι ανιχνευτές του προγράμματος SABRE, ένας στο Γκραν Σάσο και ένας ακόμα σε εγκαταλειμμένο ορυχείο της Αυστραλίας.

Το πρόγραμμα SABRE θα χρησιμοποιήσει κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου με μικρότερα ποσοστά μόλυνσης από ιωδιούχο κάλιο -μερικά ισότοπα του καλίου είναι ραδιενεργά και παράγουν λάμψεις που περιπλέκουν την ανίχνευση.

Σε λίγα χρόνια, διαβεβαιώνουν οι σχεδιαστές των νέων πειραμάτων, θα γνωρίζουμε με βεβαιότητα αν οι μυστηριώδεις λάμψεις στο DAMA προέρχονται όντως από σκοτεινή ύλη.

Αν η απάντηση είναι καταφατική, η επιστήμη θα βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση ενός βασικού συστατικού του Σύμπαντος. Αν όμως οι ελπίδες διαψευστούν, οι φυσικοί θα πρέπει να επιστρέψουν στο τετράγωνο ένα...