Новые горизонты: как лунный реголит хранит тайны взрывов сверхновых

Исследования, проведенные в рамках миссии Apollo 17 в декабре 1972 года, открыли новые горизонты в понимании истории сверхновых в нашей солнечной системе. Астронавт NASA Харрисон Х. "Джек" Шмитт проводил геологические исследования на Луне, и теперь ученые могут извлечь данные о сверхновых из лунного реголита, благодаря новейшей компьютерной модели.

Сверхновые и их следы

Когда звезды взрываются в результате сверхновой, они выбрасывают в космос обломки, включая радиоактивные изотопы, которые движутся с высокой скоростью. Эти изотопы проникают в солнечную систему и оседают на планетах и лунах, включая Землю и Луну. Исследования радиоизотопов в глубоководных отложениях Земли, а также в образцах лунного реголита, собранных во время миссий Apollo, указывают на два недавних пика активности сверхновых, произошедших 2,3 и 7,3 миллиона лет назад.

Лунный реголит как временная капсула

Планетарный ученый Эмили Костелло из Университета Гавайи в Маноа отметила, что "это прекрасно, что остатки прошлых звезд могут быть использованы для навигации по обширной истории нашего соседства Земля-Луна, если мы знаем, как читать звездную пыль". В отличие от Земли, где большинство записей о сверхновых было утеряно из-за эрозии и тектоники плит, Луна сохраняет свои записи благодаря отсутствию атмосферы, ветра и дождя. Это позволяет Луне хранить данные о сверхновых на протяжении 80–100 миллионов лет и даже дольше.

Влияние метеоритных ударов

Несмотря на отсутствие эрозии, Луна подвергается воздействию так называемого "садоводства ударов". Это процесс, при котором удары объектов, варьирующихся от микроскопических метеоритов до крупных астероидов, перемешивают реголит, включая радиоактивные остатки сверхновых. Чтобы разобраться в этом процессе и определить, на каких глубинах различные радиоизотопы были перемешаны, команда Костелло разработала математическую модель.

Математическая модель и ее валидация

"Чтобы смоделировать садоводство ударов, мы должны сбалансировать сложную сеть физических механизмов, включая уплотнение от ударов, экскавацию, радиоактивный распад и космическое выветривание, все это работает одновременно в рамках единой модели", — объяснила Костелло. Модель учитывает конкуренцию между силами, которые закапывают почву, и ударами, которые ее выкапывают, а также распад радиоактивных остатков звезд. Команда Костелло проверила свою модель, сравнив ее предсказания о глубине концентрации радиоизотопов сверхновых с данными, полученными из глубоководных отложений Земли и образцов, собранных во время миссий Apollo. "Когда я впервые поделилась результатами своей модели, мои коллеги были удивлены тем, насколько хорошо совпадали модель и измерения", — отметила Костелло. Модель точно предсказала профиль концентрации железа-60 в образцах реголита Apollo, а также тяжелые элементы, такие как плутоний-244, йод-129, гафний-182 и кюрий-247, которые со временем были похоронены.

Будущее исследований

Настоящие научные открытия начнутся, когда будущие астронавты Artemis привезут новые образцы с Луны из более глубоких слоев в ближайшие годы. Костелло добавила: "Эти будущие образцы, взятые с Луны, в сочетании с нашей моделью садоводства, могут раскрыть новые сведения о нерассказанной главе истории сверхновых". Понимание физики смешивания реголита обеспечит правильное чтение перемешанных слоев, что позволит восстановить историю путешествия нашей солнечной системы по галактике.

Публикация результатов

Результаты исследования были опубликованы 14 августа в журнале Physical Review Letters. Кейт Купер, автор статьи, является независимым научным журналистом и редактором из Великобритании, обладающим степенью в области физики и астрофизики, а также автором книги "Парадокс контакта: оспаривание наших предположений в поисках внеземного разума".