Debu bintang yang terperangkap dalam es Antartika mengungkap puluhan ribu tahun masa lalu Tata Surya

Ketika Anda memikirkan luar angkasa, Anda mungkin membayangkan bintang, planet, dan bulan. Tetapi sebagian besar ruang dipenuhi dengan awan gas, plasma, dan debu bintang – yang dikenal sebagai awan antarbintang.

Hanya di bagian lokal galaksi kita terdapat kompleks sekitar 15 awan antarbintang individu. Tata Surya saat ini sedang melintasi salah satunya, yang dengan tepat dinamakan Awan Antarbintang Lokal (Local Interstellar Cloud) . Asal-usul dan sejarah awan-awan ini diyakini sangat terkait dengan kelahiran dan kematian bintang. Tetapi kita dapat melihat jejak mereka di sini di Bumi, di tempat yang mungkin tidak Anda duga – es Antartika.

Rekan-rekan saya dan saya telah mempelajari debu bintang yang terperangkap dalam salju dan es Antartika kuno untuk menelusuri sejarah lingkungan tata surya kita, termasuk Tata Surya itu sendiri.

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, kami menemukan petunjuk halus yang mengungkapkan pergerakan Tata Surya kita melalui lingkungan antarbintang lokal selama 80.000 tahun terakhir.

Melihat ke bawah untuk melihat langit

Astronomi biasanya melihat ke luar. Teleskop mengumpulkan cahaya dari bintang dan galaksi yang jauh, memungkinkan kita mengamati peristiwa di hamparan ruang dan waktu yang luas. Dari pengamatan ini, kita menyimpulkan bagaimana bintang hidup dan mati, bagaimana unsur terbentuk, dan bagaimana alam semesta berevolusi.

Pendekatan kita membalikkan ide tersebut.

Alih-alih mengamati cahaya yang datang kepada kita, kita mempelajari puing-puing bintang yang meledak tepat di Bumi. Sebagai tungku kosmik, bintang-bintang menempa banyak unsur di inti mereka, mulai dari karbon dan oksigen hingga kalsium dan besi. Ini termasuk isotop langka (variasi unsur kimia) seperti besi-60.

Ketika bintang masif meledak menjadi supernova di akhir hidup mereka, unsur-unsur ini terpental ke luar angkasa dan menjadi debu antarbintang.

Butiran debu kecil ini kemudian mengembara melintasi galaksi dan sesekali menemukan jalan menuju permukaan Bumi. Besi-60 radioaktif, jejak ledakan bintang, tertanam di dalam butiran ini. Dengan mencari atom-atom ini dalam arsip geologis di Bumi, kita dapat menyelidiki peristiwa astrofisika seperti supernova jauh setelah cahaya mereka memudar.

Inilah mengapa Antartika begitu berharga. Saljunya menumpuk perlahan dan tetap sebagian besar tidak terganggu, membentuk catatan berlapis yang membentang kembali puluhan ribu tahun. Setiap lapisan menangkap gambaran sekilas materi yang ada di lingkungan kosmik kita pada saat itu.

Menemukan debu bintang di es Antartika

Ketika kami mempelajari 500kg salju baru di Antartika, kami secara tak terduga menemukan isotop radioaktif langka ini. Dari mana asalnya? Tidak ada supernova dekat Bumi baru-baru ini.

Namun, lingkungan tata surya kita dipenuhi dengan 15 awan, dengan Tata Surya saat ini melintasi setidaknya salah satunya. Apakah debu bintang itu menunggu di awan untuk diambil oleh Bumi? Jika ya, maka jumlah debu bintang yang dikumpulkan Bumi seharusnya berhubungan dengan strukturnya: semakin padat awan, semakin banyak besi-60 yang mereka miliki. Ini adalah tebakan terdidik kami pada tahun 2019.

Segera, penjelasan lain diajukan. Jutaan tahun yang lalu Bumi menerima hujan besar besi-60 dari supernova besar. Apakah besi-60 di salju Antartika adalah sisa terakhir atau gema dari sinyal ini? Hujan yang menjadi gerimis?

Untuk mengetahuinya, kami menganalisis sepotong es Antartika seberat 300kg, yang berasal dari 40.000 hingga 80.000 tahun yang lalu. Prosesnya sangat teliti. Es perlu dileleh dan diolah secara kimia untuk mengisolasi sejumlah kecil besi, termasuk besi-60 dari debu bintang.

Kemudian, menggunakan teknik penghitungan atom yang sensitif dari spektrometri massa akselerator di Fasilitas Akselerator Ion Berat di Australian National University, kami menghitung atom-atom individu besi-60.

Ekspektasinya sederhana: berdasarkan pengukuran sebelumnya dari salju permukaan Antartika dan sedimen lautan berusia beberapa ribu tahun, kami mengantisipasi tingkat deposisi besi-60 yang stabil.

Sebaliknya, kami menemukan lebih sedikit. Tidak nol, tetapi secara nyata lebih rendah dari yang diharapkan.

Hasil ini menunjukkan bahwa lebih sedikit debu antarbintang yang mencapai Bumi selama periode itu. Ini adalah perubahan luar biasa dalam skala waktu astrofisika yang relatif singkat dan tidak sesuai dengan skala waktu panjang endapan besi-60 yang mendarat di sini jutaan tahun yang lalu. Sebaliknya, kami perlu mencari sumber yang lebih kecil dan lebih lokal untuk isotop tersebut.

Sebuah kisah yang sesuai

Tentu saja, para astronom juga sangat tertarik pada awan di sekitar Tata Surya. Tahun lalu, sebuah studi yang merekonstruksi sejarah awan sampai pada kesimpulan bahwa awan-awan tersebut kemungkinan besar berasal dari ledakan bintang. Selain itu, mereka menemukan bahwa Tata Surya telah melintasi Awan Antar Bintang Lokal sejak waktu antara 40.000 hingga 124.000 tahun yang lalu.

Jika itu benar, kita akan mengharapkan bahwa jumlah besi-60 yang terkumpul di Bumi seharusnya telah berubah pada waktu yang sama – antara 40.000 hingga 124.000 tahun yang lalu.

Inilah yang ditunjukkan oleh hasil kami di Antartika.

Namun, kisahnya tidak cocok dengan sempurna. Jika awan-awan ini berasal langsung dari bintang yang meledak, kita akan mengharapkan lebih banyak besi-60 daripada yang kita lihat di es Antartika.

Meskipun demikian, awan-awan ini terukir dalam catatan geologis Bumi. Jika kita melihat lebih dalam dan menganalisis es yang lebih tua, kita mungkin segera mengungkap misteri awan antar bintang lokal ini, mengungkapkan sejarah penuh dan asal-usul yang tidak pasti mereka.

Dominik Koll menerima dana dari Australian Institute of Nuclear Science and Engineering (AINSE) .