Жизнь и сверхновые несовместимы. Издалека взрывы сверхновых завораживают. У звезды более массивной, чем наше Солнце, заканчивается водород, и она становится нестабильной. В конце концов, он взрывается и высвобождает столько энергии, что может затмить свою галактику на несколько месяцев. Но космос огромен и по большей части пуст, а сверхновые звезды относительно редки. И большинство планет не поддерживает жизнь, поэтому большинство сверхновых, вероятно, взрываются, не затрагивая живых существ. Но новое исследование, доступное на сервере препринтов arXiv, показывает, что один тип сверхновой имеет более широкий охват, чем предполагалось. И это может иметь последствия для таких планет, как наша.
Земле не чужды сверхновые. Никто не был достаточно близко, чтобы стерилизовать Землю, но есть свидетельства того, что сверхновые звезды повлияли на жизнь на Земле. В документе 2018 года представлены доказательства того, что около Земли около 2,6 миллиона лет назад взорвалась сверхновая. Она находилась примерно в 160 световых годах от нас. Авторы этой статьи связали вспышку сверхновой с вымиранием морской мегафауны в плиоцене. В этом случае было уничтожено до трети крупных морских видов Земли, но только в мелководных прибрежных водах. В другом документе показано до 20 сверхновых за последние 11 миллионов лет в OB-ассоциации Скорпиона-Центавра. Некоторые из них находились на расстоянии 130 световых лет от Земли. Авторы статьи говорят, что около 2 миллионов лет назад одна из сверхновых взорвалась достаточно близко к нашей планете, чтобы повредить озоновый слой.
Но существуют разные типы сверхновых. Некоторые из них имеют гораздо больший охват и гораздо большую продолжительность. Ученым давно известно о мощном гамма-излучении, которое испускает сверхновая во время взрыва. Они также знают о космических лучах, которые могут прийти спустя сотни или тысячи лет. Если это произойдет достаточно близко к такой планете, как Земля, космические лучи могут разрушить озоновый слой и усилить мюонное излучение на поверхности.
Светящаяся в рентгеновском диапазоне сверхновая типа IIn отличается от других сверхновых. Когда взрывается сверхновая, она немедленно испускает гамма-лучи и другие фотоны. В рентгеновской светящейся сверхновой излучаются гамма-лучи и фотоны, но часть излучения взрыва взаимодействует с плотной околозвездной средой, окружающей звезду-прародительницу. Это создает рентгеновские лучи, которые могут быть смертельными на расстоянии до 160 световых лет.
В сценарии, когда сверхновая взорвалась рядом с Землей, могут пройти месяцы или годы после первоначального взрыва, прежде чем появятся рентгеновские лучи. Взаимодействие с околозвездным мусором вызывает задержку. Рентгеновские лучи могут разрушать озоновый слой Земли, позволяя вредному ультрафиолетовому излучению Солнца достигать поверхности планеты. После прихода рентгеновских лучей приходят космические лучи, как и в случае с другими СН. Это двойной удар по озоновому слою Земли.
Исследователи не уверены в смертельных расстояниях сверхновых. Есть много переменных, как в звезде-прародителе, так и в ее окружении. Особенно важна потеря массы звезды-прародителя. Но, охарактеризовав смертельную дозу рентгеновского излучения для стратосферы Земли и выход энергии некоторых из самых ярких сверхновых, авторы рассчитали смертельное расстояние для некоторых хорошо известных сверхновых.
SN 1987A взорвалась в Большом Магеллановом Облаке, и свет достиг Земли в 1987 году. Ученые наблюдали взрыв и впервые подтвердили источник энергии для видимого света SN. Доказано, что длительное свечение после взрыва сверхновой радиоактивно. По словам авторов, SN1987A не был очень смертельным. Говорят, что сверхновая была смертельна только на расстоянии менее одного светового года. Это был наименее опасный SN из 31, охарактеризованных командой. Самым смертоносным из 31 был SN2006jd. Он взорвался в галактике NGC 4179, примерно в 57 миллионах световых лет от нас, и свет достиг Земли в 2006 году. По мнению исследователей, SN2006jd был смертельным для почти 100 световых лет.
Все пять наиболее смертоносных сверхновых в этом исследовании — это сверхновые типа II, как и семь из первой десятки. Сверхновые типа IIn также имеют наибольший диапазон влияния. Это показывает, что эти сверхновые могли существенно влиять на биосферу Земли с больших расстояний. Это исследование имеет некоторые последствия для Земли. Наша Солнечная система находится внутри так называемого Местного Пузыря. Это полость, вырезанная из ISM в рукаве Ориона Млечного Пути. Множественные взрывы сверхновых создали пузырь за последние 10-20 миллионов лет. Повлияли ли эти сверхновые на Землю?
Достижения в области рентгеновской астрономии прольют больше света на последствия для планет земной группы, и авторы считают, что предстоит еще многое выяснить. Но их наблюдения показывают, что «…взаимодействующая рентгеновская фаза эволюции сверхновой может повлечь за собой значительные последствия для планет земной группы. Мы ограничиваем любые дальнейшие предположения до тех пор, пока не будут сделаны дальнейшие разработки в области рентгеновской астрономии; однако представленные здесь данные определенно указывают на то, что этот процесс как способный привести к летальным последствиям для жизни на огромных расстояниях».
Ученые знают, что сверхновые оказали некоторое влияние на Землю. Присутствие радиоактивного изотопа 60Fe имеет период полураспада 2,6 миллиона лет, однако исследователи обнаружили нераспавшийся 60Fe в образцах океана, датируемых 2–3 млн лет назад. Он давно должен был превратиться в никель. Сверхновые могут создавать 60Fe посредством нуклеосинтеза при взрыве. Но другие вещи может создать 60Fe. Бессимптомные гигантские ветвящиеся звезды тоже могут это сделать, так что само по себе это не дымящийся пистолет для ближайшей сверхновой.
Исследователи также обнаружили 53Mn в тех же образцах железомарганцевой корки, которые содержат 60Fe. Это также радиоактивный изотоп, который уже должен был распасться. В отличие от 60Fe, только сверхновые могут создавать 53Mn. Его присутствие является убедительным доказательством существования поблизости сверхновых в недавнем геологическом прошлом. Опасность для жизни представляет не присутствие этих радиоактивных изотопов. Это излучение должно было поразить Землю, и если сверхновая, создавшая изотопы, была достаточно близко, чтобы распространить их на Землю, то излучение должно было поразить и Землю.
Ионизирующее излучение сверхновых может изменить химический состав атмосферы Земли на значительном расстоянии. Первоначальный всплеск энергии от сверхновой представляет одну угрозу, как и космические лучи, которые прибывают сотни или тысячи лет спустя и задерживаются. Но это исследование добавляет еще одну угрозу: рентгеновские лучи, которые появляются через месяцы или годы после первоначальной вспышки. «Поэтому следствием огромной угрозы, обнаруженной здесь, является то, что это изменяет временную шкалу, по которой, как мы знаем, сверхновая может влиять на близлежащую планету, добавляя дополнительную фазу неблагоприятных эффектов». «Объединяя эти результаты с нашей оценкой угрозы здесь, возможно, что одна или несколько из этих СН взаимодействовали и, таким образом, нанесли высокую дозу рентгеновского излучения на атмосферу Земли. Это означает, что рентгеновское излучение сверхновой имело заметное влияние на Землю и потенциально сыграло роль в эволюции самой жизни», — пишут они.
Вспышки сверхновых почти наверняка поразили нашу планету. Точные последствия трудно распутать ученым. Но если бы радиация ослабила озоновый слой, позволив большему количеству УФ-излучения достичь поверхности Земли, это вызвало бы мутации. Это называется ультрафиолетовым мутагенезом, который, возможно, повлиял на молекулярную эволюцию и сыграл решающую роль в возникновении пола. На самом деле мутация — это основной двигатель эволюции. Тот факт, что сверхновые звезды могут привести к мутациям, является фоном для заключительных замечаний авторов. «Таким образом, в заключение мы замечаем, что дальнейшее исследование рентгеновского излучения сверхновой имеет значение не только для звездной астрофизики, но и для астробиологии, палеонтологии и наук о Земле и планетах в целом».
Это исследование также имеет значение для обитаемости по всей галактике. Галактическая обитаемая зона (GHZ) — это область в галактике, где обитаемость наиболее вероятна. Поскольку сверхновые могут быть смертельными для жизни, если находятся достаточно близко, области с большим количеством звезд, которые потенциально могут взорваться как сверхновые, менее пригодны для жизни. Если это исследование верно, то сверхновые могут быть смертельными на больших расстояниях, чем предполагалось, и могут быть смертельными в течение нескольких месяцев или лет после первоначальной вспышки из-за рентгеновских лучей. Это изменяет форму и положение GHZ галактики.
Исследователи призывают к более долгосрочному изучению сверхновых в течение месяцев и лет после вспышки и призывают к большему прогрессу в рентгеновских наблюдениях, чтобы помочь исследованию. «Эти наблюдения и инновации прольют свет на физическую природу рентгеновского излучения сверхновой и прояснят опасность, которую эти события представляют для жизни в нашей галактике и других регионах звездообразования», — пишут они.
