Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 16
изотопы, относящиеся к взрыву сверхновой порядка восьми миллионов лет назад
Железо-60 – радиоактивный изотоп железа с периодом полураспада в 2,6 млн лет
Эти изотопы — не Железо-60?
А в чём проблема, это же период полураспада, а не полного распада.
Если взять, например, 1 г изотопа Fe-60:
Если взять, например, 1 г изотопа Fe-60:
- спустя 2.6 млн. лет имеем 0.5 г
- спустя 5.2 млн. лет имеем 0.25 г
- спустя 7.8 млн. лет имеем 0.125 г
- ...
- PROFIT!
Полураспад — значит количество сокращается в два раза.
Упал кусок весом в 1 тонну, через 2.6 млн лет осталось 500кг, через 5.2 млн лет осталось 250 кг, а за 8 — около 125 кг этого изотопа. По % содержанию можно вычислить примерное время падения
Упал кусок весом в 1 тонну, через 2.6 млн лет осталось 500кг, через 5.2 млн лет осталось 250 кг, а за 8 — около 125 кг этого изотопа. По % содержанию можно вычислить примерное время падения
Период полураспада. Что означает что за 2,6 млн лет половина из изначального количества распадется, через 5,2 их станет в 4 раза меньше, через 7,8 в 8 раз. Анализируя соотношение текущей концентрации изотопов и продуктов их распада в пробе можно понять сколько их было изначально и когда начался распад.
Ключевое тут — сравнение с концентрациями продуктов распада.
Еще, забавный факт, если я не ошибаюсь конечно(я не астрофизик, только интересующийся), пока железо-60 было в звезде, процесс распада, как таковой, не происходил, т.к. там идут достаточно сложные реакции синтеза, даже наоборот — он шел, но синтез генерировал новые изотопы взамен старых, и за счет разницы атомных масс различных веществ в звезде они были распределены в разных слоях — железо-60 с железом-60 и тд. Начался распад в рамках некоторого куска звезды в момент взрыва сверхновой, и этот кусок, в виде метеорита, упал на землю. То есть мы по пробе можем с относительной точностью определить момент взрыва(начало ядерных распада, прекращение подпитки пробы новыми изотопами), но не момент попадания пробы на землю.
Почему в виде метеорита? Земля просто прошла сквозь облако «выхлопов» взрыва сверхновой, которое к тому времени очень сильно расширилось и остыло почти до 0К. Гравитация Земли сработала как пылесос и собрала газ и пыль выхлопа вдоль своей траектории. Поскольку атомы металлов (в астрономическом смысле, т.е. элементов тяжелее гелия) при температуре ~300К движутся со скоростью ниже первой космической для Земли, нагреться об земную атмосферу и улететь обратно они уже не смогли. И неизбежно осели ровным слоем по всей земной поверхности.
Спасибо за разъяснения! Но моя догадка насчет того, что радиоизотопный анализ показывает именно момент взрыва сверхновой, но не момент попадания железа-60 на Землю верен?
Да. В момент взрыва сверхновой из ядра идёт мощнейший поток нейтронов, из-за которого начинается так называемый r-процесс звёздного нуклеосинтеза.
В ходе этого процесса атомы вещества набирают нейтроны и массу настолько быстро, что не успевают распадаться и проскакивают стадию совсем нестабильных изотопов.
В частности, основной стабильный изотоп железа — 56Fe. Он интересен для астроархеологов тем, что обладает максимальной энергией связи ядра на нуклон и является «конечной точкой» термоядерных реакций в звёздах (наряду с никелем и кобальтом). Если термоядерные реакции с образованием на выходе атомов группы железа ещё выделяют тепло, то дальше — уже только поглощают.
Так вот, в обычном, медленном s-процессе, набирая нейтроны по одному, изотоп 56Fe может превратиться в стабильные 57Fe (распространённость в природе 2.17%) и затем в 58Fe (распространённость в природе 0.3%). Следующим идёт бета-радиоактивный 59Fe с периодом полураспада 45 суток, который превращается в стабильный кобальт-59.
В нормальной, невзрывающейся звезде нейтронов мало и очень мало, а их период полураспада составляет всего 11 минут. Железо в звезде находится только в центре ядра и изолировано от остальной звезды толстым слоем кремния, в термоядерных реакциях которого нейтроны не выделяются. Поэтому нейтроны из внешних слоёв горения (гелий-неонового, например) до железа ядра добраться практически не могут. Соответственно, 59Fe в обычной звезде, даже если и появится, гарантированно распадётся раньше, чем успеет присоединить ещё один нейтрон.
Таким образом, 60Fe может образоваться только в процессе взрыва сверхновой, когда в ядре происходит фоторасщепление железа-56 с выделением 4 нейтронов:
— катастрофы, продолжительность которой составляет буквально дни.
При этом внутренняя часть ядра проваливается внутрь с образованием компактного объекта (белого карлика, нейтронной звезды или чёрной дыры), а внешнюю, включая наработанный 60Fe, взрывной волной разбрасывает по галактике (если, конечно, звезда одинарная).
Никаким другим образом 60Fe в природе образоваться не может (ну или мы не знаем таких процессов). Именно поэтому за этим изотопом и охотились.
PS. Сиду Майеру положено знать такие вещи)
В ходе этого процесса атомы вещества набирают нейтроны и массу настолько быстро, что не успевают распадаться и проскакивают стадию совсем нестабильных изотопов.
В частности, основной стабильный изотоп железа — 56Fe. Он интересен для астроархеологов тем, что обладает максимальной энергией связи ядра на нуклон и является «конечной точкой» термоядерных реакций в звёздах (наряду с никелем и кобальтом). Если термоядерные реакции с образованием на выходе атомов группы железа ещё выделяют тепло, то дальше — уже только поглощают.
Так вот, в обычном, медленном s-процессе, набирая нейтроны по одному, изотоп 56Fe может превратиться в стабильные 57Fe (распространённость в природе 2.17%) и затем в 58Fe (распространённость в природе 0.3%). Следующим идёт бета-радиоактивный 59Fe с периодом полураспада 45 суток, который превращается в стабильный кобальт-59.
В нормальной, невзрывающейся звезде нейтронов мало и очень мало, а их период полураспада составляет всего 11 минут. Железо в звезде находится только в центре ядра и изолировано от остальной звезды толстым слоем кремния, в термоядерных реакциях которого нейтроны не выделяются. Поэтому нейтроны из внешних слоёв горения (гелий-неонового, например) до железа ядра добраться практически не могут. Соответственно, 59Fe в обычной звезде, даже если и появится, гарантированно распадётся раньше, чем успеет присоединить ещё один нейтрон.
Таким образом, 60Fe может образоваться только в процессе взрыва сверхновой, когда в ядре происходит фоторасщепление железа-56 с выделением 4 нейтронов:
— катастрофы, продолжительность которой составляет буквально дни. При этом внутренняя часть ядра проваливается внутрь с образованием компактного объекта (белого карлика, нейтронной звезды или чёрной дыры), а внешнюю, включая наработанный 60Fe, взрывной волной разбрасывает по галактике (если, конечно, звезда одинарная).
Никаким другим образом 60Fe в природе образоваться не может (ну или мы не знаем таких процессов). Именно поэтому за этим изотопом и охотились.
PS. Сиду Майеру положено знать такие вещи)
Гамма квант буквально разрывает ядро железа на кучу альфа частиц? Как понимаю это разновидность ядерного фотоэффекта?
Только не понял, откуда там массово гаммакванты таких высоких энергий берутся. Быстрый гуглеж, говорит, что чтобы не просто выбить одну частицу из ядра (1 нейтрон например), а полностью развалить очень стабильное ядро наподобие железа-56, нужны гамма кванты с энергиями порядка 100 МэВ и более.
А спектр гаммы образующейся при термоядерных реакциях заканчивается где-то на 10-20 МэВ для наиболее энергетичных реакций и единицы МэВ для остальных.
Только не понял, откуда там массово гаммакванты таких высоких энергий берутся. Быстрый гуглеж, говорит, что чтобы не просто выбить одну частицу из ядра (1 нейтрон например), а полностью развалить очень стабильное ядро наподобие железа-56, нужны гамма кванты с энергиями порядка 100 МэВ и более.
А спектр гаммы образующейся при термоядерных реакциях заканчивается где-то на 10-20 МэВ для наиболее энергетичных реакций и единицы МэВ для остальных.
Период полураспада — когда распадается половина всех имеющихся атомов. За 8 миллионов лет соответственно этого изотопа всего лишь станет в 8 раз меньше (2^(8/2,6)) но он не исчезнет совсем.
Хотите посмотреть на вещество бывшей звезды? Посмотрите в зеркало. Мы все состоим из такого вещества :)
А ещё можно посмотреть на изделия из золота, если таковые имеются, и задуматься о том факте, что золото синтезируется лишь в момент взрыва сверхновой. Звезда умерла в мучениях, чтобы ты мог носить это колечко =)
Ну все-таки собственно тело это более символично как какое-то колечко из относительно редкого металла. Ведь тело тоже большей частью состоит из «звездной пыли» (по сути пепла когда-то давно сгоревших в термоядерном огне звезд) — все элементы составляющие органические ткани за исключением водорода.
Хотя для образования большинства их них (углерода, кислорода, азота) непосредственно взрыв звезды не нужен, но без взрыва в конце все эти элементы остались бы в ядре медленно остывающего белого карлика, а чтобы они могли высвободиться, сформировать пылевую туманность из которой позже образовалась в том числе наша планета и в конечном итоге мы сами звезда в которой изначально образовались эти элементы тоже должна была закончить свой жизненный цикл и взорваться превратившись в нову/сверхновую.
Хотя для образования большинства их них (углерода, кислорода, азота) непосредственно взрыв звезды не нужен, но без взрыва в конце все эти элементы остались бы в ядре медленно остывающего белого карлика, а чтобы они могли высвободиться, сформировать пылевую туманность из которой позже образовалась в том числе наша планета и в конечном итоге мы сами звезда в которой изначально образовались эти элементы тоже должна была закончить свой жизненный цикл и взорваться превратившись в нову/сверхновую.
Продолжение истории.
Железо-60 нашли в образцах лунного грунта.
http://www.space.com/32631-radioactive-iron-supernova-apollo-moon-rocks.html
Железо-60 нашли в образцах лунного грунта.
http://www.space.com/32631-radioactive-iron-supernova-apollo-moon-rocks.html
Now, scientists have discovered unusually high levels of iron-60 in moon rocks gathered during Apollo missions 12, 15 and 16 between 1969 and 1972. This finding suggests that debris from a nearby supernova sprayed Earth and the rest of the solar system in the past few million years.
«We could identify iron-60 expelled from one or more supernovae on the surface of the moon,» study co-author Gunther Korschinek, a physicist at the Technical University of Munich in Germany, told Space.com.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
На Земле обнаружили радиоактивные обломки сверхновых звёзд