Search for isotopic signatures in marine sediments of the explosion of a supernova near the solar system
Recherche de signatures isotopiques dans les sediments marins de l'explosion d'une supernova proche du system solaire
Résumé
The recent observation of an 60Fe peak in a deep-sea ferromanganese crust has been interpreted as due to a supernova explosion relatively close to the solar system 2.8 ° 0.4 Myr ago. To confirm this interpretation with better time-resolved measurements, and the simultaneous access, on the same sample, to other isotopes and geochemical phases, marine sediments seem to be a tool of choice. The objective of this work was to search for isotopic anomalies which would be characteristic for residues of this supernova. More specifically, 129I, 60Fe, and 26Al have been investigated, being measured by Accelerator Mass Spectrometry (AMS). Quantifying these nuclides' fluxes would help constrain stellar nucleosynthesis models. These residues are isotopes initially produced during hydrostatic and/or explosive nucleosynthesis. The physical conditions during the explosion (temperature, neutron density) are such that supernovae are thought to be good candidates for the astrophysical site of the r-process.
The 129I study showed that measurement of pre-anthropogenic 129I/127I ratios need a very strict control of the various potential 129I sources, especially when working with small quantities (micrograms) of iodine. This study revealed that the expected pre-anthropogenic 129I/127I ratio for pre-nuclear samples in the marine environment shows a large discrepancy between theoretical calculations and experimental measurements. 60Fe and 26Al measurements allow us to conclude that, in the authigenic phase of the marine sediments, there is no 60Fe anomaly in the time interval defined by the signal found on the Fe-Mn crust (from 2.4 to 3.2 Myr), and no 26Al anomaly from 2.6 to 3.2 Myr.
The 129I study showed that measurement of pre-anthropogenic 129I/127I ratios need a very strict control of the various potential 129I sources, especially when working with small quantities (micrograms) of iodine. This study revealed that the expected pre-anthropogenic 129I/127I ratio for pre-nuclear samples in the marine environment shows a large discrepancy between theoretical calculations and experimental measurements. 60Fe and 26Al measurements allow us to conclude that, in the authigenic phase of the marine sediments, there is no 60Fe anomaly in the time interval defined by the signal found on the Fe-Mn crust (from 2.4 to 3.2 Myr), and no 26Al anomaly from 2.6 to 3.2 Myr.
Un pic de 60Fe récemment observé dans une croûte ferromanganésienne a été interprété comme la trace de l'explosion d'une supernova qui aurait explosé, suffisamment proche du système solaire pour qu'elle puisse y déposer son empreinte sur la Terre, il y a 2.8 ° 0.4 millions d'années (Myr). Pour confirmer cette interprétation, d'une part avec une meilleure résolution temporelle, d'autre part en ayant accès à la mesure simultanée d'autres isotopes dans différentes phases géochimiques, les sédiments marins sont un outil particulièrement adapté. Ce travail a pour objectif de rechercher dans les sédiments marins les résidus de cette supernova sous forme d'anomalies isotopiques. Les trois principaux noyaux auxquels nous nous sommes intéressés sont l'129I, le 60Fe, et l'26Al, tous trois mesurés sous forme de rapports isotopiques par Spectrométrie de Masse par Accélérateur (SMA). Quantifier le flux des noyaux correspondant à la signature de cette supernova permettrait de mieux contraindre les modèles théoriques de nucléosynthèse stellaire. Ces résidus sont des isotopes produits par une séquence de combustions hydrostatiques pendant l'évolution stellaire et/ou par nucléosynthèse explosive lors de l'explosion de la supernova. Les conditions qui règnent au moment de l'explosion (température, densité de neutrons) permettent de penser que les supernovae pourraient être le site astrophysique du processus r.
L'étude en 129I a montré que la mesure de rapports 129I/127I pré-anthropogéniques nécessite un contrôle très strict des différentes sources possibles de contaminations en 129I, et ce d'autant plus lorsque l'on travaille avec de petites quantités d'iode (quelques microgrammes). Cette étude a permis de révéler un écart de plusieurs ordres de grandeurs entre la valeur pré-anthropogénique théorique et expérimentale du rapport 129I/127I dans le milieu marin. Les mesures SMA en 60Fe et 26Al ont permis d'établir, dans la phase authigène des sédiments marins, l'absence de signal en 60Fe sur la zone temporelle correspondant au signal observé dans la croûte Fe-Mn (2.4-3.2 Myr), ainsi qu'en 26Al de 2.6 à 3.2 Myr.
L'étude en 129I a montré que la mesure de rapports 129I/127I pré-anthropogéniques nécessite un contrôle très strict des différentes sources possibles de contaminations en 129I, et ce d'autant plus lorsque l'on travaille avec de petites quantités d'iode (quelques microgrammes). Cette étude a permis de révéler un écart de plusieurs ordres de grandeurs entre la valeur pré-anthropogénique théorique et expérimentale du rapport 129I/127I dans le milieu marin. Les mesures SMA en 60Fe et 26Al ont permis d'établir, dans la phase authigène des sédiments marins, l'absence de signal en 60Fe sur la zone temporelle correspondant au signal observé dans la croûte Fe-Mn (2.4-3.2 Myr), ainsi qu'en 26Al de 2.6 à 3.2 Myr.
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