Как близкая сверхновая оставила след в земной жизни
Когда массивная звезда взрывается как сверхновая, она не просто выделяет колоссальное количество энергии. Взрывы сверхновых ответственны за создание некоторых тяжёлых элементов, включая железо, которое выбрасывается в космос.
На Земле в донных морских отложениях обнаружены два пика концентрации изотопа железа 60Fe, которые учёные датируют примерно 2–3 и 5–6 миллионами лет назад.
Взрывы, создавшие это железо, также облучили Землю космической радиацией.
В новом исследовании, представленном в The Astrophysical Journal Letters, учёные оценили, сколько энергии от этих взрывов достигло Земли и как это излучение могло повлиять на жизнь.
Статья называется "Жизнь в пузыре: Как близкая сверхновая оставила мимолётные следы в спектре космических лучей и неизгладимые отпечатки на жизни" и доступна на сервере препринтов arXiv. Ведущий автор — Кейтлин Ноджири из UC Santa Cruz.
"Жизнь на Земле постоянно эволюционирует под непрерывным воздействием ионизирующего излучения как земного, так и космического происхождения", — пишут авторы. Земное излучение медленно уменьшается за миллиарды лет, а космическое — нет. Его уровень меняется по мере движения Солнечной системы через галактику.
"Активность близких сверхновых (SN) может повысить уровень радиации на поверхности Земли на несколько порядков, что, как ожидается, окажет глубокое влияние на эволюцию жизни", — отмечают они.
Авторы поясняют, что более молодой пик 60Fe (2–3 млн лет) связан напрямую со взрывом сверхновой, а более старый (5–6 млн лет) — с прохождением Земли через "пузырь".
Пузырь в названии исследования связан с OB-звёздами — массивными, горячими и недолговечными звёздами, которые обычно формируются группами. Их мощные звёздные ветра создают "пузыри" горячего газа в межзвёздной среде.
Наша Солнечная система находится внутри одного из таких пузырей — Локального пузыря шириной почти 1000 световых лет, созданного несколько миллионов лет назад.
Земля вошла в Локальный пузырь около 5–6 млн лет назад, что объясняет более старый пик 60Fe. По мнению авторов, более молодой пик (2–3 млн лет) связан напрямую со сверхновой.
"Вероятно, что пик 60Fe около 2–3 млн лет назад произошёл от сверхновой в ассоциации Верхний Центавр-Волк (140 пк) или ассоциации Тукан-Часы (70 пк). Тогда как пик ~5–6 млн лет назад, вероятно, связан с входом Солнечной системы в пузырь", — пишут авторы.
Локальный пузырь — не спокойное место. Для его создания потребовалось множество сверхновых. Авторы пишут, что за последние 15 млн лет для формирования пузыря потребовалось 15 взрывов SN. "Из реконструкции истории Локального пузыря мы знаем, что как минимум 9 SN взорвались за последние 6 млн лет", — отмечают они.
Исследователи, используя все данные, рассчитали дозу радиации от множества SN в Локальном пузыре. "Неясно, каковы были бы биологические эффекты таких доз радиации", — пишут они, но обсуждают некоторые возможности.
Воздействие радиации могло быть достаточно сильным, чтобы вызывать двунитевые разрывы в ДНК. Это серьёзное повреждение, которое может привести к хромосомным изменениям и даже гибели клеток. Но есть и другие эффекты в контексте развития жизни на Земле.
"Двунитевые разрывы в ДНК потенциально могут приводить к мутациям и скачку в диверсификации видов", — пишут исследователи. Работа 2024 года показала, 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 приписать увеличению дозы космической радиации, которое, как мы предсказываем, произошло в тот период", — предполагают авторы.
Излучение SN не было достаточно мощным, чтобы вызвать вымирание. Но его могло хватить, чтобы спровоцировать больше мутаций, которые могли привести к увеличению видового разнообразия.
Радиация всегда была частью окружающей среды. Её уровень растёт и падает по мере развития событий и движения Земли через галактику. Так или иначе, она должна быть частью уравнения, создавшего разнообразие жизни на нашей планете.
"Таким образом, несомненно, что космическая радиация является ключевым экологическим фактором при оценке жизнеспособности и эволюции жизни на Земле, и ключевой вопрос заключается в пороге, при котором радиация становится благоприятным или вредным триггером для эволюции видов", — заключают авторы.
К сожалению, мы не до конца понимаем, как именно радиация влияет на биологию, какие могут существовать пороги и как они меняются со временем. "Точный порог может быть установлен только при ясном понимании биологических эффектов космической радиации (особенно мюонов, которые доминируют на уровне земли), что остаётся слабо изученным", — пишут Ноджири и её соавторы.
Исследование показывает, что независимо от того, видим мы это в повседневной жизни или нет, космическая среда оказывает мощное влияние на земную жизнь. Излучение сверхновых могло влиять на скорость мутаций в критические периоды истории Земли, помогая формировать эволюцию.
Без взрывов сверхновых жизнь на Земле могла бы выглядеть совсем иначе. Множество факторов должны были сложиться определённым образом, чтобы мы оказались здесь. Возможно, в далёком прошлом сверхновые сыграли свою роль в эволюционной цепочке, ведущей к нам.