Under många år har forskare studerat hur supernovaer kan påverka livet på jorden. Supernovaer är extremt kraftfulla händelser, och beroende på hur nära de är på jorden, kan de få konsekvenser som sträcker sig från kataklysmiken till det obekvämma. Men nu säger forskarna bakom en ny artikel att de har specifika bevis som kopplar en eller flera supernova till en utrotningshändelse för 2,6 miljoner år sedan.
För cirka 2,6 miljoner år sedan exploderade en eller flera supernovaer cirka 50 parsec, eller cirka 160 ljusår, bort från jorden. Samtidigt fanns det också en utrotningshändelse på jorden, kallad Pliocene marin megafauna-utrotning. Upp till en tredjedel av de stora marina arterna på jorden utplånades vid den tiden, de flesta av dem levde i grunt kustvatten.
"Den här gången är det annorlunda. Vi har bevis på händelser i närheten vid en viss tidpunkt. ” - Dr. Adrian Melott, University of Kansas.
Det nya uppsatsen drar en länk mellan supernovaerna och utrotningen och antyder att partiklar som kallas muoner var de skyldiga. Beviset finns inte bara i fossilregistret, utan i ett lager av en radioaktiv typ av järn som deponerades på jorden för cirka 2,6 miljoner år sedan, kallad Iron 60. Beviset är också ute i rymden, i form av en expanderande bubbelfunktion skapad av en eller flera supernovaer.
Uppsatsen är från huvudförfattaren Adrian Melott, professor emeritus i fysik och astronomi vid University of Kansas, och medförfattare vid Universidade Federal de São Carlos, i Brasilien. Melott sa i ett pressmeddelande att han i 15 år har studerat effekterna som supernovaer kan ha på jorden. Men det här dokumentet är mycket mer specifikt och binder Pliocen-utrotningen till specifika supernovaer. "Den här gången är det annorlunda. Vi har bevis på händelser i närheten vid en viss tidpunkt, säger Melott. "Vi vet hur långt de var borta, så vi kan faktiskt beräkna hur det skulle ha påverkat jorden och jämföra den med vad vi vet om vad som hände på den tiden - det är mycket mer specifikt."
Så vad säger dessa detaljer?
Först och främst, låt oss tala järn, specifikt, järn 60. Järn 60 är en isotop av elementet järn. En isotop är helt enkelt en atom med ett annat antal neutroner i sin kärna. Allt järn har samma antal protoner - 26 - och ett lika antal elektroner, också 26. Men dess antal neutroner kan variera. Det mesta av järnet i universum, inklusive här på jorden, är järn 56. Järn 56 har en stabil kärna på 26 protoner och 30 neutroner. Järn 56 är stabilt, vilket innebär att det inte är radioaktivt och förfaller inte.
Men här på jorden finns det också järn 60, med en instabil kärna som innehåller 26 protoner och 34 neutroner. Det är radioaktivt och sönderfaller för att så småningom bli nickel. Det finns Iron 60-rester vid olika tidpunkter i hela den geologiska posten, med en stor topp för cirka 2,6 miljoner år sedan. Men här är saken: alla järn 60 som var en del av jorden när jorden bildades skulle för länge sedan ha förfallit till nickel. Det skulle inte finnas några spår av det kvar.
”Så långt tillbaka som i mitten av 1990-talet sa folk:” Hej, leta efter järn-60. Det är en berättelse eftersom det inte finns något annat sätt att komma till jorden utan från en supernova. '”- Adrian Melott, University of Kansas.
Så om det finns en järnspik för 60 2,6 miljoner år sedan, måste den komma från någonstans. Och att någonstans bara kunde vara utrymme. Och eftersom supernovaer är det enda som kan skapa järn 60 och sprida det ut genom rymden, måste det vara från en supernova.
Men järn 60 dödade inte de stora marina djuren. Visst, det är radioaktivt, men det är inte den skyldige bakom utrotningen. Det är bara bevis på en supernova samtidigt som utrotningen.
Det finns ytterligare ett bevis som stöder teorin "death by supernova": en jättebubbla ute i rymden.
Funktionen kallas Local Bubble, ett ihåligt hålrum i det interstellära mediet. Det interstellära mediet är materien och strålningen som finns i utrymmet mellan stjärnsystem, inom en galax. Det är i princip gas, damm och kosmiska strålar, och det fyller utrymmet mellan solsystem.
Den lokala bubblan är en form som har hålats ut ur det interstellära mediet av en eller flera supernovaer. Vårt solsystem finns i det, liksom stjärnor som Antares och Beta Canis Majoris.
Det finns ingen annan händelse som kunde ha uthärdat den lokala bubblan. När en supernova exploderar rensar chockvågen ut gasen och dammet i dess område och skapar en bubbla. Bubblan är inte helt tom, det finns lite mycket het och mycket låg densitet gas kvar i den. Men de flesta gasmoln är borta.
"Vi har den lokala bubblan i det interstellära mediet," sade Melott. ”Vi har rätt på gränsen. Det är en jätteregion som är cirka 300 ljusår lång. Det är i grund och botten väldigt het, mycket låg densitet - nästan alla gasmoln har sopats ut ur den. Det bästa sättet att tillverka en sådan bubbla är en hel massa supernovaer som blåser den större och större, och det verkar passa bra med idén om en kedja. ”
Så om bevisen, både den lokala bubblan och järn 60, stöder förekomsten av flera supernovaer som orsakar den marina megafaunautrotningen av marinan, vad var egentligen mekanismen för den utrotningen? Iron 60 kan inte göra det, och inte heller en bubbla i rymden. Så vad hände?
Melott och hans team säger att det hela handlar om subatomära partiklar som kallas muoner.
"Den bästa beskrivningen av en muon skulle vara en mycket tung elektron - men en muon är ett par hundra gånger massivare än en elektron." - Adrian Melott, huvudförfattare, University of Kanasas.
När supernovaerna sprider järn 60 på jorden, var det inte det enda som kom regnande ner från rymden. Det fanns också muoner. Muons kan bäst beskrivas som ”tunga elektroner” enligt Melott. Och även om vi ständigt tar emot muoner från rymden, passerar de flesta direkt genom oss oskadligt, med bara den udda som interagerar med oss och utgör en del av strålningen som vi ständigt bombarderas med.
"Den bästa beskrivningen av en muon skulle vara en mycket tung elektron - men en muon är ett par hundra gånger massivare än en elektron," sade Melott. ”De är väldigt penetrerande. Även normalt är det många som passerar oss. Nästan alla av dem passerar ofarligt, men ungefär en femtedel av vår strålningsdos kommer av muoner. ”
Men det förändrades när supernovaerna exploderade. Det skulle ha varit hundratals gånger fler muoner än det normala bakgrundsnumret. Och för större djur med större ytarea betyder det en mycket större exponering för strålning.
"Men när denna våg av kosmiska strålar träffar, multiplicerar du dessa muoner med några hundra," sade Melott. ”Endast en liten bråkdel av dem kommer att interagera på något sätt, men när antalet är så stort och deras energi så hög, får du ökade mutationer och cancer - dessa skulle vara de viktigaste biologiska effekterna. Vi uppskattade att cancerfrekvensen skulle gå upp cirka 50 procent för något som är storleken på en människa - och ju större du är, desto värre är det. För en elefant eller en val går strålningsdosen upp. "
Så avlägsna supernovaer orsakade en massiv topp i antalet muoner som slog jorden, vilket ökade förekomsten av cancer, särskilt hos stora marina djur. Och eftersom ju djupare ett djur är i vattnet, desto mer skyddat är det, utrotningen för större marina djur i grundare kustvatten var en biprodukt.
Ett särskilt stort - och beryktat - marint djur utrotades under Pliocene marin megafauna-utrotning: Megalodon, ett av de största och mest kraftfulla rovdjur som någonsin lever på jorden.
Megalodon var en gammal haj så stor som en skolbuss som försvann för 2,6 miljoner år sedan. "En av utrotningarna som hände för 2,6 miljoner år sedan var Megalodon," sade Melott. "Föreställ dig den stora vita hajen i 'Jaws', som var enorm - och det är Megalodon, men det handlade om storleken på en skolbuss. De försvann precis vid den tiden. Så vi kan spekulera i att det kan ha något att göra med muonerna. I grund och botten, ju större varelsen är desto större skulle ökningen av strålning ha varit. ”
Som Melott medger är det några spekulationer som pågår här. Det kan finnas andra skäl till dess utrotning, inklusive kylning av hav som en följd av en istid. Havnivåerna skulle också ha sänkts under en istid, vilket innebar att arten förlorade bra ammningsområden.
Megalodon var inte den enda arten som försvann under den tiden. I ett papper från 2017 dokumenterade forskare utrotningen av andra marina megafauna inklusive däggdjur, sjöfåglar och sköldpaddor. Men kunde en eller flera supernovaer ha orsakat allt detta?
Jorden befann sig i en period med klimatvariationer då, så det är svårt att reta ut de individuella effekterna som supernovaer och klimatförändringar skulle ha haft på utrotning. Och en annan studie föreslog en annan supernova-länk till utplåningen av Pliocen-Pleistocen.
I en studie från 2002 tittade forskare på Local Bubble och Earth's Iron 60 och drog slutsatsen att båda var en faktor i utrotningen. Men de poserade en annan mekanism. De sa att supernovorna orsakade en kraftig ström i ultraviolett ljus som slog jorden, dödade små varelser vid basen i livsmedelskedjan, och som i sin tur ledde till att större marina megafauna dör av.
För Melott och hans team är supernovae-muonteorin en del av den. University of Kansas forskare sa att bevisen på en supernova, eller en serie av dem, är "en annan pusselbit" för att klargöra de möjliga orsakerna till utplåningen av gränsen mellan Pliocen och Pleistocen.
"Det har verkligen inte funnits någon bra förklaring till den marina megafaunalutrotningen," sade Melott. ”Det här kan vara en. Det är denna paradigmförändring - vi vet att något hände och när det hände, så för första gången kan vi verkligen gräva in och leta efter saker på ett bestämt sätt. Vi kan nu få riktigt bestämda effekter av strålning på ett sätt som inte var möjligt tidigare. ”
- Vetenskapligt papper: Den utplånade marina megafauna-utrotningen och dess påverkan på funktionell mångfald.
- Pressmeddelande: Forskare överväger om supernovaer dödade av stora havsdjur vid gryningen av Pleistocene
- Vetenskapligt papper: Hypotes: Muon strålningsdos och marin Megafaunal utrotning vid slutet av Pliocen Supernova
- Vetenskapligt papper: BEVIS FÖR NÄRSTA SUPERNOVA-EXPLOSIONER
