Tim predvođen Emily Costello razvio je matematički model koji dekodira kako impakti mešaju lunarni regolit i kako su u njemu raspoređeni radioaktivni izotopi iz supernova. Model je validiran podacima iz Apollo uzoraka i dubokomorskih sedimenata, uspešno reprodukujući profile gvožđa-60 i drugih teških izotopa. Pošto Mesec nema atmosferu i tektoniku, može čuvati zapise o supernovama dugi niz desetina miliona godina, a buduće Artemis misije koje donesu dublje uzorke omogućiće detaljniju rekonstrukciju istorije supernova u našem kosmičkom okruženju.
Mesec kao vremenska kapsula: novi model 'čita' supernovski prah star do 100 miliona godina
NASA astronuat Harrison H. "Jack" Schmitt conducts geological field research on the moon during the Apollo 17 mission in December 1972 (left); and the Crab Nebula supernova remnant (right). | Credit: NASA/ESA/G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al/A. Loll et al/T. Temim et al/F. Seward et al/VLA/NRAO/AUI/NSF/Chandra/CXC/Spitzer/JPL-Caltech/XMM-Newton/ESA/Hubble/STScI
Novi matematički model omogućava naučnicima da razdvoje supernovski prah od lunarnih tala (regolita) i da "pročitaju" zapis o eksplozijama zvezda koje su uticale na naše Sunčev sistem tokom poslednjih desetina miliona godina. Rad vodi planetarna naučnica Emily Costello sa Univerziteta Hawaii at Mānoa i objavljen je 14. avgusta u časopisu Physical Review Letters.
Kada zvezde eksplodiraju kao supernove, u svemir izbacuju krhotine i radioaktivne izotope koji putuju velikim brzinama. Deo tih izotopa ulazi u Sunčev sistem i taloži se na površine planeta i meseca, uključujući Zemlju i Mesec. Analize gvožđa-60 u dubokomorskim sedimentima i u uzorcima regolita prikupljenim tokom misija Apollo ukazuju na dve istaknute epizode povećane supernovske aktivnosti pre oko 2,3 i 7,3 miliona godina.
Zemljini zapisi o ovakvim događajima brzo se brišu zbog erozije, vetra, kiše i tektonskih procesa, pa pouzdani tragovi dosežu tek do oko 10 miliona godina unazad. Mesec je mnogo stabilniji arhiv: bez atmosfere i tektonike, on može sačuvati zapise o supernovama stare 80–100 miliona godina ili i više. Ipak, i Mesec je izložen "impact gardening" — stalnom mešanju regolita usled udaraca od mikrometeorita i većih asteroida, što pomera i meša taložene izotope po dubinama.
Da bi dekodirali kako su ti izotopi raspoređeni u dubinu, Costello i saradnici razvili su matematički model koji simulira konkurenciju procesa koji zatrpavaju površinu (npr. taloženje materijala i kompakcija) i onih koji je ponovo izlažu (udari i ekskavacije). Model takođe uključuje radioaktivni raspad i vremensku dinamiku dopreme stardusta kroz epizode supernova.
A close-up of Apollo 17 lunar core sample 73001 being taken out of its drive tube for the first time since it was collected by Apollo astronauts in December 1972 at NASA's Johnson Space Center in Houston. | Credit: NASA/Robert Markowitz
"Da bismo modelovali vrtloženje impaktima, moramo izbalansirati kompleksnu mrežu fizičkih mehanizama, uključujući kompakciju pri udaru, iskopavanje, radioaktivni raspad i svemirsko trošenje, sve u okviru jednog kontinualnog modela," kaže Emily Costello.
Tim je model validirao poređenjem predviđanja o profilima koncentracije po dubini sa podacima iz dubokomorskih sedimenata i sa analizama Apollo uzoraka. Model je uspešno predvideo zabeležen profil gvožđa-60 u lunarnih uzorcima, kao i prisustvo teških dugovečnih izotopa poput plutonijuma-244, joda-129, hafnija-182 i kurijuma-247.
Fotografije i uzorci sa misije Apollo 17 (na primer uzorak jezgra 73001) pokazuju koliko su postojeći uzorci vredni za ovakve analize, ali pravi proboj očekuje se kada budućim Artemis misijama pošalju astronaute da donesu dublje uzorke regolita. Takvi dubinski profili, u kombinaciji sa Costelloinim modelom, omogućiće tačniju rekonstrukciju hronologije supernovskih događaja i putanje kojom je naš Sunčev sistem prolazio kroz različite regione galaksije.
Primena modela nije samo akademska: razumevanje vremenskih, prostorni i hemijskih obrazaca depozicije starog stardusta može pomoći u određivanju izvornih udaljenosti supernova, njihovih uticaja na okoliš Sunčevog sistema i u preciznijoj interpretaciji radioaktivnih tragova na Zemlji i Mesecu.
Zaključak: novo matematičko rešenje čini Mesec vrijednim arhivom supernovskih događaja i priprema teren za točne, datirane rekonstrukcije epoha pojačanog dotoka zvezdanog praha — naročito kada budu dostupni novi, dublji lunarni uzorci iz Artemis misija.
Pomozite nam da budemo bolji.
