Древние сверхновые могли пронзить лунные камни звездной шрапнелью

Сувениры "Аполлона" могли запечатлеть предсмертные муки местных звезд.

Отредактировано 2023-25-06
Рентгеновское и оптическое составное изображение детонирующей звездыПервые астрономы заметили взрыв этой звезды в 1572 году. Хотя выброшенная ею пыль еще не успела достичь Луны, ранние взрывы могли пробить дыры в лунных породах.

Астрономы обычно добывают информацию из звездного света. Мерцания света, достигающего Земли, регулярно открывают новые картины далеких систем - например, влажную атмосферу пришельцев, пульсирующую звездную выпуклость или мертвую звезду, закусывающую ледяным миром.

Но лучи инопланетного солнца - не единственный вид межзвездных посланников. По меньшей мере, два кометных объекта достигли нашей Солнечной системы, а обнаженные ядра атомов ежедневно обрушиваются на наши головы в виде космических лучей. Теперь, в еще не прошедшем рецензирование препринте, два исследователя предлагают, что признаки еще одной космической связи могут лежать незамеченными в лабораториях и музеях по всему миру. Согласно их результатам, взорвавшиеся звезды могли выбросить всплески пылевых частиц, которые пронеслись по Млечному Пути и в конечном итоге оказались в лунных породах. Если они правы, то тщательное изучение камней на Луне или тех, которые астронавты "Аполлона" привезли на Землю, может привести к более глубокому пониманию того, как живут и умирают звезды.

"Мы не ожидали, что из этого первоначального расчета что-то получится", - говорит Амир Сирадж, соавтор и студент Гарвардского университета. "В итоге мы пришли к выводу, что это действительно возможно".

В последнее время Сирадж много размышляет о физических связях между Землей и космической средой. Этой весной он и его коллега Ави Лоеб, астрофизик из Гарварда, опубликовали препринты, в которых предположили, что в 2014 году на нашу планету мог упасть межзвездный метеор и что зерна межзвездной пыли могут освещать ночное небо.

В своей последней работе, которую они подали в журнал The Astrophysical Journal Letters и опубликовали на сервере предварительных отпечатков arXiv, они развивают свои рассуждения о пыли сверхновых в новом направлении. Могла ли такая звездная пыль достичь Земли, спрашивают они, и где еще она может появиться?

Когда у некоторых типов звезд заканчивается топливо, в них происходят сильные взрывы, известные как сверхновые. При взрыве материал выбрасывается напрямую, но моделирование этого хаоса является сложной задачей. Вместо этого Сирадж и Лоеб сосредоточились на том, что сверхновые могут светить с яркостью 100 миллионов солнц. Когда этот прожектор включается, он выбрасывает всю окружающую звезду пыль в космос.

"Сверхновые - одни из самых экстремальных космических событий, - говорит Сирадж. Они могут разогнать пылинки до одного процента скорости света, что в 100 раз быстрее, чем обычная ракета".

Однако не всякая сверхновая может донести пыль до Земли. Медленно движущаяся пыль не смогла бы далеко уйти, врезаясь в другие частицы и быстро останавливаясь. А самые быстрые пылинки самоуничтожались, терлись о соседние частицы, как шерстяные носки о пушистый ковер, пока не разлетались на куски от статического удара. По мнению исследователей, только звездные взрывы в радиусе около 800 световых лет от Земли (примерно 1 процент ширины Млечного Пути) способны послать пыль с нужным диапазоном скоростей, чтобы достичь нашей Солнечной системы.

Такая сверхновая должна происходить раз в сто тысяч лет или около того, осыпая нашу Солнечную систему бесчисленными частицами пыли. Любые частицы, достигшие Земли, наверняка сгорят в атмосфере, но те, которые врежутся в Луну, могут выжить - не в лунной пыли, которая вздымается в течение веков, а в поверхностных породах, подвергающихся прямому воздействию космоса.

В частности, пара предлагает искать глубокие и узкие отверстия, пробитые в лунных породах входящими частицами пыли. На поверхности лунных пород видны неглубокие выбоины от микрометеоритов, а исследователи обнаружили полосы размером в атом, оставленные космическими лучами. По словам Сираджа, предполагаемые трубы, просверленные осколками сверхновой, находятся где-то посередине.

Астрофизики не первые, кто ищет материальные связи между взорвавшимися звездами и системой Земля-Луна. В 2008 году исследователи предположили, что двухмиллионнолетний слой атомов железа на морском дне образовался в результате взрыва сверхновой звезды. В 2015 году группа исследователей проанализировала быстро движущиеся частицы пыли, которые могут достичь Луны, и предположила, что они испарятся при столкновении.

По словам Яна Кроуфорда, лунного исследователя из Университетского колледжа Лондона, идея о том, что энергичные пылевые частицы могут вгрызаться в горные породы, вероятно, является новой, но он предупреждает, что процесс рецензирования может изменить выводы Сираджа и Лоэба. В частности, по его словам, им нужно будет объяснить, почему частицы не обязательно распадаются на части при столкновении с лунными породами на скорости семь миллионов миль в час.

Сирадж согласен с тем, что это предположение является одной из основных неопределенностей идеи, но предполагает, что, несмотря на это, возможно, стоит изучить некоторые груды "Аполлона". По его оценкам, на любом участке породы размером с десятицентовик должно быть несколько пылевых следов, поэтому недорогое исследование нескольких камней может обнаружить что-то в любом случае. Если такие поиски окажутся пустыми, то этот результат расскажет исследователям кое-что о скоростных частицах пыли, лунной эрозии или предполагаемых скоростях сверхновых.

И если исследователи найдут следы межзвездной пыли, они смогут использовать их для определения множества неопределенных свойств сверхновых. Камни "Аполлона" представляют собой ограниченный, беспорядочный образец, но в ходе будущих лунных экспедиций ученые могли бы исследовать нетронутые породы на предмет таких признаков. Подсчет количества пылевых отверстий позволит исследователям оценить, например, яркость конкретного взрыва. Или, по мнению Сираджа, множество дыр, направленных в одну сторону, может даже подсказать, откуда они появились в Млечном Пути.

"Это было бы очень интересно", - говорит он, - "потому что это позволило бы нам исследовать историю близлежащих сверхновых так, как мы просто не могли бы иначе".