Resumen:
Cuando una estrella masiva llega al final de su vida, a menudo arroja una gran cantidad de material al espacio en forma de explosión de supernova. Este material, creado por la muerte de una estrella, puede viajar cientos de años luz para llegar a cuerpos cercanos, incluidas la Tierra y la Luna. Ahora, un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Hawaii en Manoa propone que el suelo lunar en la superficie de la luna puede preservar un registro de explosiones de supernovas que abarca entre 80 y 100 millones de años, o incluso más. Los investigadores han establecido una serie de modelos matemáticos para reinterpretar este período de la historia cósmica a partir del suelo lunar en continua agitación.
Este estudio fue completado por Emily Costello, investigadora del Instituto de Geofísica y Planetología de la Universidad de Hawaii, y sus colaboradores. El artículo correspondiente se publicó en "Physical Review Letters". El objetivo de la investigación no es simplemente buscar "polvo de estrellas" en el suelo lunar, sino resolver un problema más complejo: después de que estos materiales provenientes de la explosión de estrellas distantes llegan a la Luna, no permanecen para siempre en el lugar donde cayeron originalmente. En cambio, son impactados continuamente por meteoritos y asteroides durante decenas de millones de años, y son excavados, enterrados, compactados y mezclados nuevamente. Por lo tanto, los investigadores necesitan construir modelos que puedan restaurar este "caos" de larga data en un registro de tiempo legible.
Comparada con la Tierra, la Luna tiene una ventaja muy especial. Los sedimentos marinos de la Tierra también pueden preservar materiales radiactivos del espacio interestelar, pero debido a la influencia de la sedimentación marina, las actividades geológicas y otros procesos ambientales, los registros relevantes que se pueden rastrear son sólo de unos 10 millones de años. La luna no tiene atmósfera, océanos líquidos y placas tectónicas activas. Aunque los materiales de la superficie son impactados constantemente por meteoritos, no experimentan erosión ni ciclos geológicos similares a los de la Tierra. Por lo tanto, el regolito lunar podría actuar como un archivo cósmico a largo plazo, preservando material de explosiones de estrellas distantes durante decenas de millones de años.
Los investigadores se centraron específicamente en un proceso conocido como "arado de impacto". La superficie lunar ha sido bombardeada durante mucho tiempo por impactadores de diferentes tamaños, desde pequeñas partículas de polvo hasta grandes asteroides. Cada impacto puede excavar la superficie del suelo lunar y lanzar materiales más profundos hacia arriba. Después de millones o incluso decenas de millones de años de acción repetida, la estructura en capas originalmente relativamente clara se volvió gradualmente caótica. Por lo tanto, si los científicos perforan hoy un núcleo de suelo lunar en la Luna, incluso si encuentran algún isótopo radiactivo de una supernova, no pueden simplemente asumir que su profundidad corresponde al momento en que llegó a la Luna.
El equipo de Costello estableció un modelo estocástico unificado para describir el proceso de transporte de material en el suelo lunar como una competencia a largo plazo entre el entierro y la excavación. Por un lado, el nuevo suelo lunar continúa cubriendo y enterrando materiales previamente depositados; por otro lado, los impactos de meteoritos volverán a excavar materiales subterráneos y los mezclarán con el suelo lunar a otras profundidades. El modelo también tiene en cuenta factores como la compactación por impacto, la excavación, el transporte de materiales, la erosión espacial y la desintegración radiactiva, y añade además la situación en la que las supernovas transportan polvo interestelar a las proximidades del sistema solar en forma de pulsos.
Estudios previos de los sedimentos de las profundidades marinas de la Tierra y muestras lunares del programa Apolo han proporcionado evidencia importante de que las explosiones de supernovas a cientos de años luz de distancia alguna vez entregaron isótopos radiactivos a la Tierra y la Luna. Los científicos han descubierto que hubo dos eventos de deposición de material de supernova relativamente claros hace unos 2,3 millones de años y hace 7,3 millones de años. Después de llegar a la luna, las señales isotópicas dejadas por estos eventos se vieron afectadas gradualmente por el impacto y se redispersaron a diferentes profundidades.
Los investigadores primero probaron el modelo utilizando núcleos de suelo lunar recolectados por las misiones Apolo. Los resultados muestran que el modelo puede reproducir con relativa precisión la distribución real de isótopos radiactivos como el hierro-60 en el suelo lunar a medida que cambia con la profundidad. Las edades de los isótopos relevantes han sido previamente limitadas de forma independiente por las trayectorias de rayos cósmicos y otros puntos de referencia de radionúclidos, proporcionando así una base importante para validar el modelo.
Después de verificar el modelo, los investigadores ingresaron en el modelo la línea de tiempo establecida de eventos de supernova en la Tierra para simular la distribución en profundidad de estos materiales de explosiones estelares después de millones de años de impacto y arado en el suelo lunar. Luego, el equipo de investigación amplió el modelo a elementos más pesados con valor potencial de investigación, incluidos plutonio-244, yodo-129, hafnio-182 y curio-247, etc., para predecir qué tipo de señales químicas cósmicas podrían encontrar los científicos después de obtener muestras en las profundidades de la luna en el futuro.
Entre ellos, el plutonio-244 ha atraído especial atención debido a su larga vida media, que en teoría puede ayudar a los científicos a rastrear explosiones estelares más distantes. La entrada de materia interestelar de diferentes fuentes y diferentes escalas de tiempo puede formar diferentes curvas de concentración en el suelo lunar. Si se pueden obtener núcleos de suelo lunar lo suficientemente profundos y bien conservados, los científicos pueden tener la oportunidad de distinguir entre una explosión de supernova breve y concentrada y una entrada sostenida y a largo plazo de material interestelar.
Esto también significa que la Luna puede no sólo preservar la historia geológica lunar con la que los humanos están familiarizados, sino también preservar registros de las actividades estelares que la región del sistema solar ha experimentado en las últimas decenas de millones o incluso cientos de millones de años. En otras palabras, algunos de los átomos del suelo lunar pueden haber provenido de estrellas perdidas hace mucho tiempo, y las explosiones de estas estrellas ocurrieron antes de que aparecieran los humanos o incluso gran parte de la vida moderna en la Tierra.
Los investigadores creen que las futuras misiones de exploración lunar serán la clave para verificar aún más esta idea. Artemis planea enviar astronautas a la luna nuevamente en el futuro y se espera que recolecte muestras de suelo lunar más profundas y sistemáticas que en la era Apolo. Si estas misiones pueden obtener núcleos de suficiente profundidad, los investigadores pueden utilizar el modelo probado de "arado de impacto" para decodificar inversamente la distribución alterada de isótopos en el suelo lunar, recuperando así una historia más larga de actividad de supernova.
Costello dijo que las nuevas muestras obtenidas de la luna en el futuro, si se combinan con este modelo, pueden revelar la historia de supernovas en el universo cerca de los humanos que nunca antes se había registrado. Para los científicos, lo realmente valioso no es sólo descubrir un determinado elemento de una estrella, sino utilizar las leyes de profundidad, concentración y desintegración radiactiva de estos elementos para determinar cuándo llegaron a la Luna, de qué tipo de eventos estelares vinieron y qué tipo de entorno galáctico ha experimentado el sistema solar en el pasado.
Esta investigación también provocó un cambio bastante singular en el valor de la luna. Las rocas de la Tierra cambian constantemente de forma debido a la erosión, la sedimentación, el derretimiento y los movimientos de las placas. Aunque los sedimentos oceánicos pueden preservar parte del material interestelar, es difícil proporcionar un registro continuo de más de decenas de millones de años. La superficie lunar, que parece estar constantemente golpeada por meteoritos y está desordenada, en realidad puede ser sólo un archivo natural que ha sido "desordenado". Mientras los científicos dominen las leyes físicas correctas, será posible recuperar información temporal de este caos.
Si el muestreo lunar profundo tiene éxito en el futuro, los humanos podrían utilizar un núcleo de suelo lunar para rastrear las huellas dejadas por antiguas explosiones de supernovas y estudiar más a fondo los cambios en el entorno estelar experimentados por el sistema solar durante su larga operación en la Vía Láctea. En el caso de la Luna, estos materiales que quedaron cuando murieron estrellas distantes pueden haber estado durmiendo allí durante cientos de millones de años, y los humanos apenas han comenzado a dominar el método de lectura de este archivo cósmico.
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