Una pizca de átomos de plutonio radiactivo escondidos en el fondo del océano puede remontarse a un cataclismo cósmico hace más de 100 millones de años.
Es más, ese polvo de estrellas parece todavía estar lloviendo sobre nuestro mundo hoy en día: los restos persistentes de un evento antiguo que pudo haber sido la colisión de dos estrellas de neutrones.
Estas colisiones desencadenan explosiones brillantes conocidas como kilonovas, que forjan algunos de los elementos más pesados y valiosos del Universo.
Esta no es la primera vez que los científicos invocan una kilonova para explicar extrañas firmas elementales encontradas en el fondo marino.
Pero los nuevos hallazgos, dirigidos por el físico Dominik Koll del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf en Alemania, pueden ayudar a precisar cuándo ocurrió el evento, arrojando luz sobre los cambiantes mares galácticos a través de los cuales nuestra nave espacial planetaria ha navegado durante eones.
“Nuestros resultados sugieren que el plutonio se originó a partir de explosiones cósmicas muy raras, como las que se producen durante la fusión de dos estrellas de neutrones o en supernovas extremadamente energéticas”, afirma el físico Anton Wallner del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
“Desde entonces, se ha dispersado por todo el medio interestelar”.
El plutonio es uno de los elementos naturales más pesados del Universo, y se cree que el radioisótopo relevante para esta nueva investigación, el plutonio-244, se forma sólo en raros eventos cósmicos capaces de inundar átomos con neutrones.
Durante este rápido proceso de captura de neutrones, o proceso r, los núcleos atómicos absorben rápidamente neutrones y se vuelven más pesados, forjando algunos de los elementos más pesados del Universo. Uno de los principales sitios candidatos es una kilonova, la explosión que se produce cuando dos estrellas de neutrones chocan.
Por lo tanto, se infiere que cualquier plutonio-244 natural que se encuentre hoy en la Tierra tiene un origen cósmico.
El problema aquí es que el plutonio-244 sólo tiene una vida media de unos 81 millones de años. Por lo tanto, cualquier plutonio primordial incorporado a la Tierra cuando se formó el Sistema Solar debería haberse desintegrado hace mucho tiempo.
Uno de esos lugares es la corteza de ferromanganeso que se encuentra en partes del fondo del océano. Crece lentamente, milímetro a milímetro, acumulándose a lo largo de millones de años, preservando una instantánea de su entorno con cada capa.
Es esencialmente un registro de las partículas que se han depositado en el fondo del mar, que los científicos utilizan para informarnos sobre el entorno espacial alrededor de nuestro planeta.
Anteriormente, los astrónomos habían interpretado la presencia de plutonio-244 en una sección de la corteza de ferromanganeso como indicativa de una explosión del proceso r hace unos 3,5 millones de años.
Llegaron a esta línea de tiempo estimando qué tan lejos pudo haber estado la explosión y cuánto tiempo habrían tardado las eyecciones en llegar a la Tierra, basándose en la cantidad de plutonio que encontraron en la corteza.
Koll y sus colegas adoptaron un enfoque diferente.
En lugar de trabajar hacia atrás a partir de la cantidad de plutonio-244, buscaron signos de otro isótopo radiactivo que debería formarse junto con el plutonio en las explosiones del proceso r: el curio-247, que tiene una vida media de 16 millones de años.
Utilizando una sección de corteza de ferromanganeso dragada a 4.830 metros (15.850 pies) bajo el Océano Pacífico en 1976, los investigadores llevaron a cabo un estudio en busca de plutonio-244, curio-247 y un radioisótopo de hierro, hierro-60, que también es de origen cosmogénico.
El hierro-60 tiene una vida media de sólo 2,6 millones de años. Su presencia en muestras anteriores se ha interpretado como evidencia de restos de eventos de supernova más recientes, es decir, dos supernovas que se estima que ocurrieron hace alrededor de 2,5 y 7 millones de años, respectivamente.
“El hierro-60 es una huella clara de las supernovas convencionales, por lo que buscamos tanto hierro-60 como plutonio-244 y comparamos las trazas”, explica Koll.
Si el plutonio-244 se hubiera producido en un evento relativamente reciente, todavía deberían haber quedado rastros de curio-247 en la corteza.
Pero no encontraron pruebas convincentes de ello.
Esto sugiere que el plutonio-244 no se produjo en las mismas supernovas que produjeron el hierro-60.
En cambio, el plutonio parece provenir de un proceso r mucho más antiguo cuyos restos se dispersaron hace mucho tiempo por el espacio interestelar. El curio-247 producido junto a él se habría desintegrado, mientras que algo de plutonio-244 permanece porque se desintegra mucho más lentamente.
“La ausencia del radioisótopo curio-247, que también se produjo en la explosión, nos dice que ocurrió hace mucho tiempo”, dice el físico Michael Hotchkis de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear.
“Pero no hace más de mil millones de años; de lo contrario, el plutonio-244 también sería indetectable”.
Si bien no podemos saber qué tipo de explosión produjo el plutonio-244, los investigadores creen que lo más probable es que proviniera de un antiguo y raro evento de proceso r, con una kilonova entre los principales candidatos, y que tuvo lugar hace más de 100 millones de años.
Y la Tierra ahora se mueve a través de los escombros que dejó atrás.
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La explosión probablemente no estuvo muy cerca de la Tierra en el momento en que detonó.
Pero rastros como estos brindan a los científicos una manera de comprender la historia de las explosiones de la Vía Láctea y el viaje del Sistema Solar a través del cosmos.
También puede ayudarnos a comprender un poco más sobre la historia de la Tierra: de dónde provienen sus metales pesados y el papel que pueden haber desempeñado las explosiones pasadas en la evolución de nuestro planeta.
“¿Este evento afectó la vida en la Tierra?” dice Hotchkis.
“Esa es una pregunta abierta que debe ser investigada en futuras investigaciones”.
Los hallazgos han sido publicados en Nature Astronomy.