Utomjordisk radioaktiv isotop ger nya rön om grundämnen

Små mängder av plutonium-244 och järn-60 hittades i bottnen av Stilla havet av japanska forskare. De två radioaktiva isotoperna är bevis på att en våldsam kosmisk händelse har inträffat i närheten av jorden för miljontals år sedan.

När stjärnor exploderar, så kallade supernovor, skapas många av grundämnena i det periodiska systemet. Det gäller även dem som är nödvändiga för mänskligt liv, som järn och kalium.

Men frågan är var ännu tyngre grundämnen, till exempel guld, uran och plutonium, bildas. Kanske krävs en ännu mer våldsam händelse, som en kollision mellan två neutronstjärnor.

– Det är inte säkert att supernovor är kraftfulla nog för att svara för den bredd av grundämnen som vi har runt oss, säger forskaren Michael Hotchkis vid det australiensiska centrumet Ansto, i ett pressmeddelande.

”Räknar individuella atomer”

Provet från havsbottnen har analyserats med hjälp av Anstos accelerator, som kallas Vega. Den är extremt känslig när det gäller att detektera ämnen som plutonium och uran.

Undersökningarna visade först att det fanns järn-60 i provet. Det är en isotop som man vet sedan tidigare skapas i supernovor. Resterna i det här provet kommer från en supernovaexplosion som inträffade någon gång under de senaste tio miljoner åren.

Därefter sökte forskarna efter plutonium-244.

– Vega räknar individuella atomer. I provet hittades bara 181 atomer av plutonium-244 som kom från utanför vårt solsystem, säger Michael Hotchkis.

Kollision mellan neutronstjärnor för ”några miljoner år sedan”

Utifrån den mängden drog forskarna slutsatsen att en supernova är extrem nog för att skapa små mängder av tunga grundämnen. Men processen är inte tillräcklig för att förklara all förekomst av tunga grundämnen som finns på jorden.

Därmed stöder studien teorin om att det var en kollision mellan två neutronstjärnor som gav upphov till en del av de tunga grundämnena som finns på jorden och i solsystemet. Forskarna bedömer att en sådan kollision inträffade strax innan solsystemet bildades för 4,5 miljarder år sedan.

– Det är fantastiskt att några atomer på jorden kan hjälpa oss lära om var hälften av alla tyngre grundämnen i vårt universum skapas, säger Anton Wallner vid Australian National University, till the New York Times.

Allt plutonium-244 och järn-60 som fanns när jorden skapades från interstellär gas och damm för 4,5 miljarder år sedan har sönderfallit. Så nutida rester av isotoperna måste ha kommit från en mer sentida kosmisk händelse.

Forskarna tror därför att de atomer från plutonium-244 som hittades på havsbottnen härrör från en kollision mellan två neutronstjärnor för ”några miljoner år sedan”.

Plutonium från kärnvapentester exkluderades

Just plutonium-244 har en halveringstid om 80 miljoner år.

– Det är tillräckligt långt för att merparten ska finnas kvar efter händelser från några miljoner år tillbaka, men tillräckligt kort så att inget ska finnas kvar från tiden när solsystemet bildades, säger Michael Hotchkis.

Vid mätningarna exkluderade forskarna andra former av plutonium som absorberades i havsbottnen efter kärnvapentester under 1950-talet.

Forskare från Australien, Israel, Japan, Schweiz och Tyskland har deltagit i arbetet. Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Science.

Se Anstos film om forskningen.