Ons zonnestelsel trekt momenteel door de Local Interstellar Cloud, een gebied met sterk verdund gas en stof tussen de sterren. Op haar weg neemt de aarde voortdurend ijzer-60 op, een zeldzame radioactieve isotoop van ijzer die ontstaat bij stellaire explosies. Dit is nu bevestigd door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) door middel van analyse van tienduizenden jaren oud Antarctisch ijs. Uit de gestage maar in de tijd variërende instroom concluderen de onderzoekers dat de radioactieve isotoop al sinds een lang vervlogen stellaire explosie in de wolk is opgeslagen. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
IJzer-60 (Iron-60) ontstaat in het binnenste van zware sterren en wordt bij hun explosie de ruimte in geslingerd. Uit geologische gegevens blijkt dat ons zonnestelsel miljoenen jaren geleden tweemaal is geraakt door ijzer-60 afkomstig van supernova’s. In recentere tijden hebben er echter geen sterrenexplosies in de buurt plaatsgevonden, en dus is er geen directe aanvoer van ijzer-60 geweest. Toen wetenschappers enkele jaren geleden ijzer-60 ontdekten in Antarctische sneeuw van minder dan twintig jaar oud, rees de vraag naar de oorsprong ervan. “Ons idee was dat de Local Interstellar Cloud ijzer-60 bevat en dit gedurende lange perioden kan opslaan. Terwijl het zonnestelsel door de wolk beweegt, zou de aarde dit materiaal kunnen verzamelen. We konden dit destijds echter niet bewijzen”, legt dr. Dominik Koll van het Instituut voor Ionenstraalfysica en Materiaalonderzoek bij HZDR uit. De afgelopen jaren analyseerde het team onder leiding van Koll en prof. Anton Wallner aanvullende monsters, waaronder diepzeesedimenten die tot 30.000 jaar oud waren. Ook daar werd ijzer-60 aangetroffen, maar er bleven concurrerende theorieën bestaan. De nieuwe ijsmonsters uit Antarctica dateren van 40.000 tot 80.000 jaar geleden. Hun analyse maakt het nu duidelijk: de Lokale Interstellaire Wolk is de waarschijnlijke bron. “Dit betekent dat de wolken rondom het zonnestelsel verband houden met een stellaire explosie. En voor het eerst geeft dit ons de mogelijkheid om de oorsprong van deze wolken te onderzoeken,” zegt Koll.
Ons zonnestelsel is enkele tienduizenden jaren geleden de Local Interstellar Cloud binnengegaan en zal deze over een paar duizend jaar weer verlaten. Momenteel bevinden we ons nabij de rand ervan. Voor hun onderzoek analyseerden de onderzoekers een ijskern uit de periode rond de vermoedelijke binnenkomst in de wolk. Het Alfred Wegener Instituut Helmholtz-centrum voor Pool- en Marien Onderzoek (AWI) leverde een monster uit het Europese ijsboorproject EPICA. Uit een vergelijking van het ijzer-60-gehalte met eerdere diepzee- en sneeuwmonsters bleek dat er tussen 40.000 en 80.000 jaar geleden minder ijzer-60 de aarde bereikte dan vandaag en in recentere tijden. “Dit suggereert dat we ons vroeger in een medium met een lager ijzer-60-gehalte bevonden, of dat de wolk zelf sterke dichtheidsvariaties vertoont,” legt Koll uit. Het ijzer-60-signaal verandert dus in slechts enkele tienduizenden jaren, op kosmische tijdschalen opmerkelijk snel. Met dit inzicht konden de onderzoekers alternatieve verklaringen voor de bron van de ijzer-60-instroom uitsluiten, zoals het geleidelijk vervagen van miljoenen jaren oude stellaire explosies.
Voor de metingen vervoerde het team ongeveer 300 kilogram ijs van het AWI in Bremerhaven naar Dresden, waar het chemisch werd bewerkt, een langdurig proces waarbij uiteindelijk slechts enkele honderden milligrammen stof overbleven. Stap voor stap isoleerden ze het ijzer-60, waarbij ze er in elke fase zorgvuldig op letten dat er geen verlies optrad. In het DREAMS-laboratorium (Dresden Accelerator Mass Spectrometry) bij HZDR controleerden ze het monster na de chemische voorbereiding daarom met behulp van twee andere radio-isotopen: beryllium-10 en aluminium-26. De verwachte concentraties van deze isotopen in het ijs zijn goed bekend. Elk verlies van ijzer-60 zou gepaard zijn gegaan met een afname van hun hoeveelheden. Het team kon dit uitsluiten.
Voor de uiteindelijke meting maakte het team gebruik van de Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) aan de Australian National University, momenteel de enige faciliteit ter wereld die in staat is om zulke minuscule hoeveelheden ijzer-60 te detecteren. Met behulp van elektrische en magnetische filters scheidden ze ongewenste atomen op basis van hun massa, totdat er van de oorspronkelijke 10 biljoen atomen slechts een handvol ijzer-60-atomen overbleef. “Het is alsof je een naald zoekt in 50.000 voetbalstadions die tot de nok toe gevuld zijn met hooi. De machine vindt de naald binnen een uur,” legt Annabel Rolofs van de Universiteit van Bonn uit. “Door jarenlange samenwerking met internationale collega’s hebben we een uiterst gevoelige methode ontwikkeld waarmee we nu de duidelijke sporen van kosmische explosies die miljoenen jaren geleden plaatsvonden, kunnen detecteren in de geologische archieven van vandaag,” vat Wallner samen. Het team is al bezig met het plannen van verdere metingen. Het doel is om een nog oudere ijskern te analyseren die dateert van vóór het moment dat het zonnestelsel de Lokale Interstellaire Wolk binnenkwam. Het AWI is een belangrijke partner in het Beyond EPICA, Oldest Ice-project, dat tot doel heeft ijskernen van een dergelijke ouderdom te winnen.
Bron: HZDR
