Когда массивная звезда взрывается как сверхновая, она не просто высвобождает необычайное количество энергии. Взрывы сверхновых отвечают за создание некоторых тяжелых элементов, включая железо, которое выбрасывается в космос взрывом. На Земле есть два скопления изотопа железа Fe60 в отложениях морского дна, которые ученые прослеживают примерно два-три миллиона лет назад и примерно пять-шесть миллионов лет назад.
Взрывы, в результате которых образовалось железо, также обрушили на Землю космическую радиацию.
В новом исследовании, представленном в Astrophysical Journal Letters, ученые изучают, сколько энергии достигло Земли от этих взрывов и как это излучение могло повлиять на жизнь на Земле. Статья называется «Жизнь в пузыре: как близлежащая сверхновая оставила эфемерные следы в спектре космических лучей и неизгладимые отпечатки на жизни». Ведущий автор — Кейтлин Ноджири из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.
«Жизнь на Земле постоянно развивается под непрерывным воздействием ионизирующего излучения как земного, так и космического происхождения», — пишут авторы. Земное излучение медленно уменьшается в течение миллиардов лет. Но не космическое излучение. Количество космического излучения, которому подвергается Земля, меняется по мере того, как наша Солнечная система движется по галактике. «Активность близлежащих сверхновых (SN) может повысить уровень радиации на поверхности Земли на несколько порядков, что, как ожидается, окажет глубокое влияние на эволюцию жизни», — пишут они.
Авторы объясняют, что скопление возрастом два миллиона лет образовалось непосредственно в результате взрыва сверхновой, а более древнее скопление образовалось, когда Земля проходила через пузырь.
Пузырь в названии исследования происходит от особого типа звезд, называемых OB-звездами. OB-звезды — это массивные, горячие и короткоживущие звезды, которые обычно формируются группами. Эти звезды испускают мощные исходящие ветры, которые создают «пузыри» горячего газа в межзвездной среде. Наша Солнечная система находится внутри одного из таких пузырей, называемого Местным пузырем, который имеет ширину почти 1000 световых лет и был создан несколько миллионов лет назад.
Земля вошла в Местный пузырь около пяти или шести миллионов лет назад, что объясняет более старое накопление Fe60. По мнению авторов, более молодое накопление Fe60 два или три миллиона лет назад произошло непосредственно от сверхновой.
«Вероятно, пик 60Fe около 2–3 млн лет произошел от сверхновой, возникшей в ассоциации Upper Centaurus Lupus в Scorpius Centaurus (~140 пк) или в ассоциации Tucana Horologium (~70 пк). В то время как пик около 5–6 млн лет, вероятно, связан с входом Солнечной системы в пузырь», — пишут авторы.
Местный пузырь — не тихое место. Для его создания потребовалось несколько сверхновых. Авторы пишут, что для создания LB потребовалось 15 взрывов сверхновых за последние 15 миллионов лет. «Мы знаем из реконструкции истории LB, что за последние 6 миллионов лет взорвалось по крайней мере 9 сверхновых», — пишут они.
Исследователи взяли все данные и рассчитали количество радиации от нескольких SNe в LB. «Неясно, какими будут биологические эффекты таких доз радиации», — пишут они, но обсуждают некоторые возможности.
Доза радиации могла быть достаточно сильной, чтобы вызвать двухцепочечные разрывы ДНК. Это серьезное повреждение, которое может привести к хромосомным изменениям и даже гибели клеток. Но есть и другие эффекты с точки зрения развития жизни на Земле.
«Двухцепочечные разрывы ДНК могут потенциально приводить к мутациям и скачку в диверсификации видов», — пишут исследователи. В статье 2024 года показано, что «скорость диверсификации вирусов в африканском озере Танганьика ускорилась 2–3 млн лет назад». Может ли это быть связано с излучением SN?
«Было бы интересно лучше понять, можно ли это объяснить увеличением дозы космической радиации, которое, как мы прогнозируем, произойдет в этот период», — заявляют авторы.
Излучение SN не было достаточно мощным, чтобы вызвать вымирание. Но оно могло быть достаточно мощным, чтобы вызвать больше мутаций, которые могли бы привести к большему разнообразию видов.
Радиация всегда является частью окружающей среды. Она растет и падает по мере развития событий и движения Земли по галактике. Каким-то образом она должна быть частью уравнения, которое создало разнообразие жизни на нашей планете.
«Таким образом, несомненно, что космическое излучение является ключевым фактором окружающей среды при оценке жизнеспособности и эволюции жизни на Земле, и ключевой вопрос касается порога, при котором излучение становится благоприятным или вредным триггером при рассмотрении эволюции видов», — пишут авторы в своем заключении.
К сожалению, мы не совсем понимаем, как именно радиация влияет на биологию, какие пороги могут быть установлены и как они могут меняться со временем. «Точный порог может быть установлен только при четком понимании биологических эффектов космической радиации (особенно мюонов, которые доминируют на уровне земли), которые остаются крайне неизученными», — пишут Нодзири и ее соавторы.
Исследование показывает, что, видим ли мы это в повседневной жизни или нет, осознаем ли мы это или нет, наша космическая среда оказывает мощное воздействие на жизнь Земли. Излучение сверхновой могло повлиять на скорость мутаций в критические моменты истории Земли, помогая формировать эволюцию.
Без взрывов сверхновых жизнь на Земле могла бы выглядеть совсем иначе. Многое должно было пойти правильно, чтобы мы оказались здесь. Возможно, в далеком прошлом взрывы сверхновых сыграли роль в эволюционной цепочке, которая привела к нам.
