Radiation simulation of ⁶⁰Fe in lunar regolith decay

Nel profondo della storia del nostro sistema solare, esistono momenti di trasformazione violenta che lasciano impronte invisibili. Quando una stella massiccia raggiunge la fine della sua vita ed esplode come supernova, agisce come una fucina cosmica, creando elementi pesanti e scagliandoli attraverso la galassia. Uno di questi elementi è il ferro-60, una rara e radioattiva versione del ferro che non esiste naturalmente sulla Terra in quantità significative. Poiché questo isotopo decade a un ritmo costante e noto nell'arco di milioni di anni, esso funge da orologio preciso per gli astronomi. Se una supernova fosse avvenuta relativamente vicino al nostro sistema solare negli ultimi milioni di anni, i detriti da questa esplosione sarebbero piovuti su tutto ciò che si trovava nelle vicinanze, compresa la Luna. A differenza della Terra, dove il vento, l'acqua e le placche tettoniche in movimento riciclano costantemente la superficie e cancellano tali registri antichi, la Luna è geologicamente calma da miliardi di anni. La sua superficie polverosa, nota come regolite, funge da archivio incontaminato, preservando uno strato di questo ferro extraterrestre caduto dal cielo.

Un team di ricercatori dell'Università di Xizang e del Museo di Scienze Naturali di Xizang si è recentemente posto l'obiettivo di capire esattamente quanto segnale invii questo ferro sepolto. Quando il ferro-60 decade, rilascia energia sotto forma di raggi gamma, che sono particelle di luce ad alta energia. Gli scienziati volevano sapere se questi raggi potessero sfuggire alla superficie polverosa della Luna e viaggiare fino alla Terra, dove i nostri telescopi potrebbero catturarli. Per trovare la risposta, hanno costruito un modello informatico dettagliato che simula il viaggio di questi raggi gamma mentre cercano di penetrare attraverso il suolo lunare. Hanno tenuto conto dello spessore dello strato di polvere, della densità del suolo e dell'energia specifica dei raggi, calcolando quanti verrebbero assorbiti dal terreno rispetto a quanti riuscirebbero invece a liberarsi nello spazio.

La simulazione ha rivelato una netta differenza tra i raggi a bassa energia e quelli ad alta energia. Il decadimento del ferro-60 produce tre tipi principali di raggi gamma, ma il tipo a energia più bassa, a 58,6 kiloelettron volt, affronta un viaggio difficile. Il suolo lunare è molto efficace nel fermare questi raggi più deboli; essi vengono assorbiti quasi immediatamente dalle particelle di polvere che incontrano. Il modello ha mostrato che solo gli atomi di ferro situati nello strato più superficiale del suolo, entro circa un centimetro e mezzo dalla superficie, potrebbero contribuire a un segnale che potrebbe sfuggire. Anche in questo caso, la quantità di energia che raggiunge la Terra è incredibilmente tenue, misurata a circa 6,55 volte 10 alla meno 24 ergs per centimetro quadrato per secondo. Questo segnale è così debole che è essenzialmente invisibile rispetto al rumore di fondo dell'universo.

Al contrario, i raggi a energia più elevata, specificamente quelli a 1173 e 1332 kiloelettron volt, si comportano in modo molto diverso. Poiché trasportano molta più energia, possono penetrare più in profondamente nel suolo lunare, viaggiando attraverso fino a dieci centimetri di polvere prima di essere fermati. Questa capacità di viaggiare attraverso il terreno permette a un volume molto più grande di ferro sepolto di contribuire al segnale. Di conseguenza, il flusso, ovvero la quantità di energia che arriva sulla Terra, per questi raggi ad alta energia è circa diecimila volte più forte del segnale a bassa energia. Sebbene si tratti di un miglioramento significativo, i ricercatori hanno scoperto che la quantità totale di radiazione che ci raggiunge è ancora troppo debole per essere rilevata dai nostri attuali strumenti. I migliori telescopi spaziali che abbiamo oggi mancano semplicemente della sensibilità necessaria per cogliere questo specifico segnale dalla Luna.

Lo studio conclude che, sebbene la Luna sia effettivamente un archivio perfetto per preservare la storia delle vicine esplosioni di supernovae, ascoltare la sua storia attraverso i raggi gamma è attualmente oltre la nostra portata. Il segnale è lì, sepolto nella polvere, ma è troppo silenzioso per le nostre orecchie con la tecnologia odierna. Questa scoperta non significa che la ricerca sia finita; piuttosto, fornisce un obiettivo chiaro per le missioni future. I ricercatori suggeriscono che se costruiremo nuovi rilevatori più sensibili specificamente sintonizzati su questi raggi ad alta energia, o se posizioneremo strumenti direttamente sulla superficie lunare per evitare la distanza e l'interferenza dello spazio, potremmo finalmente essere in grado di ascoltare l'eco di quelle antiche esplosioni stellari. Fino ad allora, il ferro-60 rimane un testimone silenzioso nella polvere lunare, in attesa che una futura generazione di strumenti ne sveli i segreti.