supernova-explosion.jpg

Взрывы сверхновых — разрушительные явления, которые могут полностью уничтожить жизнь в системе, в которой они произошли. Но что насчет других близлежащих звездных систем — есть ли шанс выжить там?

Две близлежащие сверхновые, которые взорвались около 2,5 и 8 миллионов лет назад, могли привести к катастрофическому истощению озонового слоя Земли, что могло повлечь за собой множество последствий для жизни на Земле.

В частности, 2.5 миллиона лет назад климат на Земле стал резко меняться. Плиоцен, который был жаркой и мягкой эпохой, заканчивался, и начинался плейстоцен, эпоха повторного оледенения, известная как ледниковый период. Естественные вариации орбиты Земли и колебания солнечной активности, вероятно, объясняли изменение климата, но произошедший в тоже время взрыв сверхновой тоже мог внести свой вклад.

По расчетам, эта сверхновая находилась на расстоянии 163-325 световых лет (50-100 парсек) от Земли. Для сравнения, наш ближайший звездный сосед, Проксима Центавра, находится в 4.2 световых годах от нас.

Последствия для Земли

Сверхновые могут стерилизовать любые близлежащие населенные планеты, которые находятся на пути их ионизирующего излучения. А могут ли близкие сверхновые наносить ущерб существующей жизни на нашей планете? Брайан Томас, астрофизик из Университета Уошберна в Канзасе, смоделировал биологическое воздействие на поверхность Земли, основываясь на геологических свидетельствах о близких к нам сверхновых, взорвавшихся 2.5 и 8 миллионов лет назад. 

В своей последней статье, опубликованной в журнале Astrobiology, Томас исследовал космические лучи от сверхновых, которые распространялись через нашу атмосферу на поверхность Земли, чтобы понять их влияние на живые организмы. 

Глядя на летопись окаменелостей во время плиоцен-плейстоценовой границы (2.5 млн. лет назад), он обнаружил резкие изменения в окаменелостях во всем мире. Томас написал в Astrobiology, что «произошли глобальные изменения, особенно в Африке, в результате которых лесные массивы сменились лугами и пастбищами». За это время геологическая запись показывает повышенную глобальную концентрацию железа-60 (60Fe), который представляет собой радиоактивный изотоп, образующийся во время взрывов сверхновых.

«Мы заинтересованы узнать о том, как сверхновые влияют на жизнь на Земле, и получается, что несколько миллионов лет назад произошли изменения в привычном ходе вещей», — сказал Томас. «Возможно, это связано с этой сверхновой».

Cassiopeia_A_Spitzer_Crop.jpg
Остаток одной из последних сверхновых, взорвавшихся в нашей галактике Млечный Путь более 300 лет назад, в созвездии Кассиопеи. Расстояние до Земли — 11 000 световых лет — слишком велико, чтобы повлиять на нас.

Например, произошло изменение численности видов на границе плиоцена и плейстоцена. Несмотря на то, что крупного массового вымирания не было, наблюдались более высокие темпы исчезновения видов в целом, более быстрое видообразование и изменение растительности.

Не особо смертельно

Как соседняя сверхновая повлияет на жизнь на Земле? Томас жалуется, что сверхновые часто демонстрируются в литературе как «звезда взрывается и все умирают», но это не совсем так. Ответ лежит в атмосфере Земли. Озоновый слой защищает всю биосферу от вредного, воздействующего на ДНК, ультрафиолетового (УФ) излучения. Томас использовал глобальные модели климата, недавние модели химического состава атмосферы и радиационный перенос (распространение излучения через слои атмосферы), чтобы лучше понять, как поток космических лучей от сверхновых изменит земную атмосферу, в частности озоновый слой.

Следует отметить, что космические лучи от сверхновых не будут моментально уничтожать все на своем пути. Межгалактическая среда действует как своего рода сито, замедляя приход космических лучей и «радиоактивного железного дождя» (60Fe) на срок до нескольких сотен тысяч лет, пишет Томас в журнале Astrobiology. Частицы с более высокими энергиями достигнут Земли и будут взаимодействовать с нашей атмосферой иначе, чем частицы с более низкими энергиями, поступающие позже. В исследовании Томас смоделировал истощение озонового слоя спустя 100, 300 и 1000 лет после того, как первые частицы от сверхновой начнут проникать в нашу атмосферу. Интересно, что истощение достигло своего пика (порядка 26%) спустя 300 лет, а не через 100, как это было бы логично.

Fig1-1.jpg
Падение доли озона в атмосфере в процентах спустя 100, 300 и 1000 лет после достижения космическими лучами от взрыва сверхновой атмосферы Земли.

Высокоэнергетические космические лучи, пик которых придется на 100-летний случай, будут просачиваться прямо через стратосферу и рассеивать свою энергию ниже озонового слоя, истощая ее меньше, тогда как менее энергетические космические лучи, достигающие пика в 300-летнем интервале, будут терять больше энергии в стратосферы, тем самым сильнее разрушая озоновый слой. Снижение уровня озона может стать проблемой для жизни на поверхности. 

Смешанные эффекты

Томас исследовал несколько возможных биологически разрушительных эффектов (эритема, рак кожи, катаракта, торможение фотосинтеза морских фитопланктонов и повреждение растений) в разных широтах в результате увеличения УФ-излучения из-за обеднения озонового слоя. Они показали повышенный урон по всем направлениям, при этом он увеличивался с широтой, что хорошо согласуется с тем, что можно наблюдать в летописи окаменелостей. Однако эффекты не одинаково вредны для всех организмов. Планктон, первичный производитель кислорода, по расчетам, оказывается минимально затронут. Результаты также показали небольшое увеличение риска солнечных ожогов и рака кожи среди людей.

Таким образом, вызывают ли близкие сверхновые массовые вымирания? По словам Томаса, это сложный вопрос: «Существует тонкая грань, а не «уничтожение всего живого», так как некоторые [организмы] переносят повышенный УФ-фон лучше, а некоторые хуже».

Например, некоторые растения (соя и пшеница) показали увеличение урожая, в то время как с другими растениями ситуация противоположная. «Это согласуется», — заявил Томас, имея в виду изменение видов в летописи окаменелостей.

В будущем он надеется продолжить эту работу и изучить возможные связи между эволюцией человека и взрывами сверхновых, особенно с учетом того, что она была поддержана НАСА в рамках программы «Экзобиология и эволюционная биология».