Plutônio-244 no fundo do oceano pode vir de uma kilonova há mais de 100 milhões de anos

Uma discreta quantidade de átomos radioativos de plutônio escondida no fundo do oceano pode ser o rastro de um cataclismo cósmico ocorrido há mais de 100 milhões de anos.

Mais do que isso: esse “poeira de estrelas” aparentemente continua a cair sobre o nosso planeta ainda hoje - um resíduo persistente de um evento antigo que pode ter sido a colisão entre duas estrelas de nêutrons.

Quando esses objetos se fundem, eles podem disparar explosões intensas chamadas kilonovas, capazes de fabricar alguns dos elementos mais pesados (e valiosos) do Universo.

Não é a primeira vez que cientistas recorrem a uma kilonova para explicar assinaturas elementares estranhas encontradas no assoalho marinho. Ainda assim, os novos resultados - liderados pelo físico Dominik Koll, do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, na Alemanha - ajudam a restringir quando esse evento teria acontecido, iluminando as “correntes” galácticas mutáveis pelas quais a nossa nave planetária tem viajado ao longo de eras.

"Nossos resultados sugerem que o plutônio se originou de explosões cósmicas muito raras, como as que ocorreriam durante a fusão de duas estrelas de nêutrons ou em supernovas extremamente energéticas", diz o físico Anton Wallner, do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

"Desde então, ele se dispersou por todo o meio interestelar."

Plutônio-244 e a hipótese de kilonova

O plutônio está entre os elementos naturais mais pesados do Universo, e o radioisótopo relevante para este estudo - o plutônio-244 - é considerado um produto de eventos cósmicos incomuns, capazes de inundar átomos com nêutrons.

Nesse mecanismo, conhecido como processo de captura rápida de nêutrons (processo-r), núcleos atômicos absorvem nêutrons em alta velocidade e ficam mais pesados, criando alguns dos elementos mais massivos do Universo. Um dos locais mais prováveis para isso é justamente uma kilonova, a explosão gerada quando duas estrelas de nêutrons colidem.

Por esse motivo, qualquer plutônio-244 natural detectado hoje na Terra é interpretado como tendo origem fora do planeta.

O detalhe crucial é que o plutônio-244 tem meia-vida de cerca de 81 milhões de anos. Assim, qualquer plutônio primordial incorporado à Terra quando o Sistema Solar se formou já deveria ter decaído há muito tempo.

A crosta ferromanganesífera como arquivo do fundo do mar

Um dos lugares onde esses vestígios podem ficar preservados é a crosta ferromanganesífera presente em áreas do assoalho oceânico. Ela cresce lentamente, milímetro por milímetro, acumulando-se ao longo de milhões de anos e guardando, em cada camada, um retrato do ambiente em que se formou.

Na prática, trata-se de um registro do material particulado que se deposita no fundo do mar - e que pesquisadores usam para reconstruir como era o ambiente espacial ao redor do nosso planeta em diferentes épocas.

Em trabalhos anteriores, astrônomos interpretaram a presença de plutônio-244 em uma seção dessa crosta como sinal de uma explosão do processo-r ocorrida por volta de 3,5 milhões de anos atrás.

Essa cronologia foi estimada ao combinar a possível distância do evento com o tempo que o material ejetado levaria para chegar até a Terra, com base na quantidade de plutônio encontrada na crosta.

Koll e seus colegas optaram por uma estratégia diferente.

A busca por cúrio-247 e ferro-60

Em vez de inferir a história a partir apenas da abundância de plutônio-244, eles procuraram evidências de outro isótopo radioativo que deveria se formar junto com o plutônio em explosões do processo-r: o cúrio-247, cuja meia-vida é de 16 milhões de anos.

Para isso, a equipe analisou uma seção de crosta ferromanganesífera dragada em 1976 a 4.830 metros (15.850 pés) de profundidade no Oceano Pacífico. Os pesquisadores fizeram um levantamento em busca de plutônio-244, cúrio-247 e também de um radioisótopo de ferro - o ferro-60 - que igualmente tem origem cosmógena.

O ferro-60 tem meia-vida de apenas 2,6 milhões de anos. Em amostras anteriores, sua presença foi interpretada como evidência de detritos associados a supernovas mais recentes - especificamente, duas supernovas estimadas em cerca de 2,5 e 7 milhões de anos atrás, respectivamente.

"O ferro-60 é uma impressão digital clara de supernovas convencionais, então procuramos tanto ferro-60 quanto plutônio-244 e comparamos os traços", explica Koll.

Se o plutônio-244 tivesse sido produzido em um evento relativamente recente, ainda deveria haver sinais do cúrio-247 na crosta.

No entanto, a equipe não encontrou nenhuma evidência convincente do cúrio.

O que a ausência de cúrio-247 indica

Esse resultado sugere que o plutônio-244 não foi gerado nas mesmas supernovas que produziram o ferro-60.

Em vez disso, o plutônio parece ter vindo de um evento do processo-r bem mais antigo, cujos detritos já se dispersaram há muito tempo pelo espaço interestelar. O cúrio-247 criado junto dele teria decaído, enquanto parte do plutônio-244 ainda persiste porque seu decaimento é consideravelmente mais lento.

"A ausência do radioisótopo de cúrio cúrio-247, que também foi produzido na explosão, nos diz que isso aconteceu há muito tempo", afirma o físico Michael Hotchkis, da Australian Nuclear Science and Technology Organisation.

"Mas não há mais de cerca de 1 bilhão de anos - caso contrário, o plutônio-244 também seria indetectável."

Embora não seja possível determinar com certeza que tipo de explosão produziu o plutônio-244, os pesquisadores avaliam que a explicação mais provável é um evento raro e antigo do processo-r, com uma kilonova entre as principais candidatas, ocorrido há mais de 100 milhões de anos.

E a Terra agora estaria atravessando o material remanescente deixado por essa explosão.

É provável que, no momento em que detonou, a explosão não tenha ocorrido muito perto da Terra.

Ainda assim, sinais como esses oferecem aos cientistas uma forma de entender o histórico de explosões na Via Láctea e a trajetória do Sistema Solar pelo cosmos.

Isso também pode ajudar a esclarecer aspectos da própria história do nosso planeta - de onde vieram seus metais pesados e que papel explosões passadas podem ter desempenhado na evolução da Terra.

"Esse evento afetou a vida na Terra?", pergunta Hotchkis.

"Essa é uma questão em aberto, a ser investigada em pesquisas futuras."

Os resultados foram publicados na Nature Astronomy.