Коли масивна зірка вибухає у вигляді наднової, це робить більше, ніж вивільняє надзвичайну кількість енергії. Вибухи наднових відповідають за створення деяких важких елементів, у тому числі заліза, яке викидається в космос під час вибуху. На Землі є два накопичення ізотопу заліза Fe60 у відкладеннях морського дна, які вчені відстежують приблизно два-три мільйони років тому та приблизно п’ять-шість мільйонів років тому.
Вибухи, в результаті яких утворилося залізо, також завдали Землі космічного випромінювання.
У новому дослідженні, представленому в Astrophysical Journal Letters, вчені досліджують, скільки енергії досягло Землі від цих вибухів і як це випромінювання могло вплинути на життя на Землі. Стаття називається «Життя в міхурі: як наднова, що спалахнула неподалік, залишила ефемерні сліди в спектрі космічних променів і незгладимий відбиток на житті ». Провідний автор — Кейтлін Ноджірі з Каліфорнійського університету в Санта-Крус.
«Життя на Землі постійно розвивається під постійним впливом іонізуючого випромінювання як земного, так і космічного походження», — пишуть автори.
Земне випромінювання повільно зменшується протягом мільярдів років. Але не космічне випромінювання. Рівень космічного випромінювання, якому піддається Земля, змінюється в міру того, як наша Сонячна система рухається крізь галактику.
«Діяльність наднової (SN) поблизу може підвищити рівень радіації на поверхні Землі на кілька порядків, що, як очікується, матиме глибокий вплив на еволюцію життя», – пишуть вони.
Автори пояснюють, що накопичення віком два мільйони років є безпосередньо результатом вибуху наднової зірки, а більш давнє накопичення — коли Земля проходила крізь міхур. Бульбашка в назві дослідження походить від певного типу зірок, які називаються OB зірками. Зірки OB — це масивні, гарячі та короткоживучі зірки, які зазвичай утворюються групами.
Ці зірки випускають потужні вихідні вітри, які створюють «бульбашки» гарячого газу в міжзоряному середовищі. Наша Сонячна система знаходиться всередині однієї з цих бульбашок, званої місцевою бульбашкою, шириною майже 1000 світлових років, яка була створена кілька мільйонів років тому.
Земля увійшла в місцевий міхур приблизно п’ять-шість мільйонів років тому, що пояснює більш давнє накопичення Fe60. На думку авторів, молодше скупчення Fe60 два-три мільйони років тому походить безпосередньо від наднової.
«Цілком ймовірно, що пік 60Fe приблизно на 2-3 млн років тому походить від наднової, що виникає в асоціації Верхнього Центавра Люпус у Скорпіоні Центавра (~140 пк) або асоціації Tucana Horologium (~70 пк). Тоді як ~ 5-6 Майр-пік, ймовірно, пояснюється входом Сонячної системи в бульбашку», – пишуть автори.
Local Bubble не є тихим місцем. Для його створення знадобилося кілька наднових. Автори пишуть, що для створення LB знадобилося 15 вибухів SN за останні 15 мільйонів років.
«Ми знаємо з реконструкції історії LB, що принаймні 9 SN вибухнули протягом останніх 6 мільйонів», — пишуть вони.
Дослідники зібрали всі дані та розрахували кількість випромінювання від кількох SNe в LB.
«Незрозуміло, якими будуть біологічні ефекти таких доз радіації», — пишуть вони, але обговорюють деякі можливості.
Доза радіації могла бути достатньо сильною, щоб створити дволанцюгові розриви в ДНК. Це серйозне пошкодження, яке може призвести до хромосомних змін і навіть до загибелі клітин. Але є й інші ефекти з погляду розвитку життя на Землі.
«Дволанцюгові розриви в ДНК потенційно можуть призвести до мутацій і стрибків у диверсифікації видів», — пишуть дослідники. Стаття 2024 року показала, що «швидкість диверсифікації вірусів в африканському озері Танганьїка прискорилася 2-3 млн років тому». Чи може це бути пов’язано з випромінюванням SN?
«Було б цікаво краще зрозуміти, чи можна це пояснити збільшенням дози космічного випромінювання, яке, за нашими прогнозами, відбулося протягом цього періоду», — дражнять автори.
Випромінювання SN було недостатньо потужним, щоб спровокувати вимирання. Але він міг бути достатньо потужним, щоб викликати більше мутацій, що могло б призвести до більшої диверсифікації видів. Радіація завжди є частиною навколишнього середовища. Він піднімається і опускається в міру розвитку подій і руху Землі через галактику. Якимось чином це має бути частиною рівняння, яке створило різноманітність життя на нашій планеті.
«Тому безсумнівно, що космічне випромінювання є ключовим фактором навколишнього середовища при оцінці життєздатності та еволюції життя на Землі, і ключове питання стосується порогу для радіації як сприятливого чи шкідливого тригера при розгляді еволюції видів, – пишуть у висновку автори.
На жаль, ми не маємо чіткого розуміння того, як саме радіація впливає на біологію, які порогові значення можуть бути встановлені та як вони можуть змінюватися з часом.
«Точний поріг можна встановити лише за умови чіткого розуміння біологічних ефектів космічного випромінювання (особливо мюонів, які домінують на рівні землі), яке залишається дуже недослідженим», — пишуть Нодзірі та її співавтори.
Дослідження показує, що незалежно від того, бачимо ми це в повсякденному житті чи ні, чи навіть усвідомлюємо ми це, чи ні, наше космічне середовище чинить потужну силу на життя Землі. Радіація SN могла вплинути на швидкість мутації в критичні моменти в історії Землі, допомагаючи формувати еволюцію.
Без вибухів наднових, життя на Землі могло б виглядати зовсім інакше. Щоб ми тут опинилися, багато чого мало піти як слід. Можливо, у далекому минулому вибухи наднових грали роль в еволюційному ланцюжку, який веде до нас.