В нижней части таблицы Менделеева обитают тяжёлые элементы, рождённые в хаотичном катаклизме вроде вспышки сверхновой или столкновения нейтронных звёзд. Исследуя пробы из глубины океанической земной коры, физики обнаружили крупные и всё ещё радиоактивные «чужеродные» изотопы, которых не должно существовать на современной Земле.

Земная кора хранит множество свидетельств о неожиданных деталях истории формирования нашей планеты. Её исследование является задачей множества научных программ: в рамках одной из них специалисты отобрали несколько образцов породы на глубине 1500 метров под дном Тихого океана. В облаках звёздной пыли и газов, участвовавших в формировании нашей планеты, определённо содержалось немалое количество тяжёлых элементов, однако спустя миллиарды лет большинство из них должны были распасться, образовав стабильные изотопы. Каково же было удивление исследователей, когда в изучаемых образцах они обнаружили довольно крупные и до сих пор радиоактивные изотопы ⁶⁰Fe и ²⁴⁴Pu.

По мнению физиков, данное открытие может свидетельствовать о незамеченных прежде космических катаклизмах, произошедших относительно недавно, по меркам геологической истории, в пределах нескольких сотен световых лет от Земли. Кроме того, «чужеродные» изотопы могут оказаться полезными в понимании законов формирования атомных тяжеловесов. Строительство атомов – весьма энергозатратный процесс. Для образования лёгких элементов вроде гелия достаточно гравитации обычной звезды, однако даже мощь звёздного нуклеосинтеза имеет свои пределы. Чтобы сформировать гигантский атом вроде плутония, понадобится значительно больше энергии, способной обеспечить сильный и непрерывный поток нейтронов.

Во Вселенной не так уж часто формируются условия, подходящие для так называемого r-Процесса – быстрого захвата нейтронов, темп которого превышает темп распада изотопа. Подобные условия возникают в ходе образования сверхновой или при слиянии нейтронных звёзд. За всю историю Вселенной мириады звёзд взрывались и сталкивались, рассыпая по соседним галактикам потоки железа, урана, плутония, золота и других крупных атомов. Вполне ожидаемо, что Земля могла «словить» порцию тяжёлых элементов от очередной сверхновой на ранних этапах своего формирования. Однако не все тяжеловесы одинаковы. Вариации числа нейтронов в ядрах делают их более или менее стабильными. К примеру, в масштабах космической эволюции, ⁶⁰Fe – изотопы-однодневки с периодом полураспада 2,6 миллиона лет, по истечении которого они превращаются в никель. Обнаружение ⁶⁰Fe в наше время в толще земной коры, вдалеке от физико-химических лабораторий, свидетельствует о том, что изотопы «прибыли» на планету относительно недавно.

Изотопы ⁶⁰Fe и прежде встречались учёным в образцах породы, возраст которой составляет пару миллионов лет. Кроме того, их находили в пробах лунного грунта. Впрочем, количества изотопов железа было недостаточно для однозначного вывода об их источнике. Потому физики принялись за поиск новых образцов ⁶⁰F, а заодно расширили область исследования в надежде идентифицировать изотопы других тяжёлых элементов, которые могли бы попасть на Землю одновременно с изотопом железа. Результатом их поиска стал неожиданный компаньон – ²⁴⁴Pu. Период полураспада ²⁴⁴Pu составляет 80 миллионов лет, что делает его самым стабильным изотопом плутония, но едва ли достаточно стабильным, чтобы сохраниться на Земле спустя 4,5 миллиарда лет после её образования.

В ходе исследования учёные идентифицировали два чётких следа повышения концентрации ⁶⁰Fe, который должен был прибыть на планету в течение последних 10 миллионов лет. В обоих случаях в тех же образцах земной коры наблюдалось небольшое, но значимое количество изотопа ²⁴⁴Pu в аналогичной концентрации. Присутствие обоих изотопов в пробах позволяет сформировать более чёткую картину некоего космического катаклизма, послужившего их источником. Содержание ²⁴⁴Pu в них меньше, чем ожидалось бы при сценарии, в рамках которого изотопы породила сверхновая. Исходя из этого, учёные предположили существование в истории ближайшего космоса других космических событий, способных поддерживать r-Процесс.

К сожалению, пока что исследователям остаётся лишь догадываться о том, какой катаклизм рассыпал по окружающему нас космосу пыль из радиоактивных тяжёлых элементов. По расчётам физиков, изотопы ⁶⁰Fe могли сформироваться в результате одного из четырёх зарождений сверхновых, которые произошли на расстоянии от 160 до 330 световых лет от Земли. Подобная связь между данным изотопом и сверхновыми была установлена в прежних исследованиях. В то же время учёным ещё не приходилось находить подтверждений аналогичной связи между изотопом ²⁴⁴Pu и вспышками сверхновых, однако присутствие обоих изотопов в образцах земной коры может служить первым свидетельством в пользу данной корреляции. Впрочем, нельзя оставить без внимания вероятность того, что изотопы плутония образовались в результате более масштабного и древнего катаклизма вроде взрыва нейтронной звезды. Возможно, они уже существовали в межзвёздном пространстве, когда энергия вспышки сверхновой пронесла их по Солнечной системе и доставила на Землю.