I mange år har forskere undersøgt, hvordan supernovaer kunne påvirke livet på Jorden. Supernovaer er ekstremt magtfulde begivenheder, og afhængigt af hvor tæt de er på Jorden, kan de få konsekvenser lige fra kataklysmikeren til det uvæsentlige. Men nu siger forskerne bag en ny artikel, at de har specifikke beviser, der knytter en eller flere supernovaer til en udryddelsesbegivenhed for 2,6 millioner år siden.
For omkring 2,6 millioner år siden eksploderede en eller flere supernovaer omkring 50 parsecs, eller ca. 160 lysår, væk fra Jorden. På samme tid var der også en udryddelsesbegivenhed på Jorden, kaldet Pliocene marine megafauna-udryddelse. Op til en tredjedel af de store marine arter på Jorden blev udslettet på det tidspunkt, de fleste af dem lever i lavt kystvand.
”Denne gang er det anderledes. Vi har bevis for begivenheder i nærheden på et bestemt tidspunkt. ” - Dr. Adrian Melott, University of Kansas.
Det nye papir trækker en forbindelse mellem supernovaerne og udryddelsen og antyder, at partikler kaldet muons var de skyldige. Beviserne findes ikke kun i fossilregistret, men i et lag af en radioaktiv type jern deponeret på Jorden for omkring 2,6 millioner år siden, kaldet Jern 60. Beviserne er også ude i rummet, i form af en ekspanderende boblefunktion oprettet af en eller flere supernovaer.
Avisen er fra hovedforfatter Adrian Melott, professor emeritus i fysik og astronomi ved University of Kansas, og medforfattere ved Universidade Federal de São Carlos i Brasilien. Melott sagde i en pressemeddelelse, at han i 15 år har studeret de effekter, supernovaer kunne have på Jorden. Men dette papir er meget mere specifikt og binder Pliocen-udryddelse til specifikke supernovaer. ”Denne gang er det anderledes. Vi har bevis for begivenheder i nærheden på et bestemt tidspunkt, ”sagde Melott. "Vi ved, hvor langt væk de var, så vi kan faktisk beregne, hvordan det ville have påvirket Jorden og sammenligne det med hvad vi ved om, hvad der skete på det tidspunkt - det er meget mere specifikt."
Så hvad fortæller disse detaljer?
Først og fremmest, lad os tale jern, specifikt, jern 60. Jern 60 er en isotop af elementet jern. En isotop er simpelthen et atom med et andet antal neutroner i sin kerne. Alt jern har det samme antal protoner - 26 - og et lige så stort antal elektroner, også 26. Men dets antal neutroner kan variere. Det meste af jernet i universet, inklusive her på Jorden, er jern 56. Jern 56 har en stabil kerne på 26 protoner og 30 neutroner. Jern 56 er stabilt, hvilket betyder, at det ikke er radioaktivt, og det henfalder ikke.
Men her på Jorden er der også nogle Iron 60, med en ustabil kerne, der indeholder 26 protoner og 34 neutroner. Det er radioaktivt og falder ned for til sidst at blive nikkel. Der er Iron 60-rester på forskellige tidspunkter i hele den geologiske rekord, med en stor pigge for omkring 2,6 millioner år siden. Men her er tinget: ethvert jern 60, der var en del af Jorden, da Jorden dannedes, ville for længe siden være henfaldet til nikkel. Der var ingen spor af det tilbage.
”Så langt tilbage som i midten af 1990'erne sagde folk:‘ Hej, kig efter jern-60. Det er et vidnesbyrd, fordi der ikke er nogen anden måde for det at komme til Jorden, men fra en supernova. '”- Adrian Melott, University of Kansas.
Så hvis der er en jernspids for 60 2,6 millioner år siden, måtte den komme fra et sted. Og det et sted kun kunne være plads. Og da supernovaer er det eneste, der kan skabe jern 60 og sprede det ud gennem rummet, skal det være fra en supernova.
Men jernet 60 dræbte ikke de store havdyr. Jo, det er radioaktivt, men det er ikke den skyldige bag udryddelsen. Det er bare bevis på en supernova på samme tid som udryddelsen.
Der er et andet bevis, der støtter "døden ved supernova" -teorien: en kæmpe boble ude i rummet.
Funktionen kaldes den lokale boble, et udhulet hulrum i det interstellare medium. Det interstellære medium er det stof og stråling, der findes i rummet mellem stjernesystemer, i en galakse. Det er dybest set gas, støv og kosmiske stråler, og det udfylder rummet mellem solsystemer.
Den lokale boble er en form, der er udhulet ud af det interstellare medium af en eller flere supernovaer. Vores solsystem er inde i det, ligesom stjerner som Antares og Beta Canis Majoris.
Der er ingen anden begivenhed, der kunne have udhulet den lokale boble. Når en supernova eksploderer, renser chokbølgen gas og støv i sit område og skaber en boble. Boblen er ikke helt tom, der er noget meget varmt og meget lav densitet tilbage i den. Men de fleste af gasskyer er væk.
”Vi har den lokale boble i det interstellære medium,” sagde Melott. ”Vi er lige på kant. Det er en kæmpe region, der er omkring 300 lysår lang. Det er dybest set meget varm gas med meget lav densitet - næsten alle gasskyer er blevet fejet ud af den. Den bedste måde at fremstille en sådan boble på er en hel flok supernovaer, der blæser større og større, og det ser ud til at passe godt til ideen om en kæde. ”
Så hvis beviset, både den lokale boble og jernet 60, understøtter forekomsten af flere supernovaer, der forårsager Pliocen marine megafauna-udryddelse, hvad var egentlig mekanismen for denne udryddelse? Iron 60 kan ikke gøre det, og en boble kan heller ikke ud i rummet. Hvad skete der?
Melott og hans team siger, at det hele kommer ned på subatomære partikler kaldet muoner.
"Den bedste beskrivelse af en muon ville være en meget tung elektron - men en muon er et par hundrede gange mere massiv end et elektron." - Adrian Melott, hovedforfatter, Kanasas universitet.
Da supernovaerne sprede Jern 60 på Jorden, var det ikke det eneste, der kom regnende ned fra rummet. Der var også muoner. Muons kan bedst beskrives som ”tunge elektroner” ifølge Melott. Og selvom vi konstant modtager muoner fra rummet, passerer de fleste af dem ufarligt gennem os, med kun den ulige, der interagerer med os og udgør en del af den stråling, vi konstant bombarderes med.
"Den bedste beskrivelse af en muon ville være en meget tung elektron - men en muon er et par hundrede gange mere massiv end et elektron," sagde Melott. ”De er meget gennemtrængende. Selv normalt er der masser af dem der passerer os. Næsten alle af dem går ufarligt igennem, men alligevel kommer cirka en femtedel af vores stråledosis af muoner. ”
Men det ændrede sig, da supernovaerne eksploderede. Der ville have været hundreder af gange flere muoner end det normale baggrundsnummer. Og for større dyr med større overfladearealer betyder det en meget større eksponering for stråling.
”Men når denne bølge af kosmiske stråler rammer, ganges disse muoner med et par hundrede,” sagde Melott. ”Kun en lille brøkdel af dem vil interagere på nogen måde, men når antallet er så stort og deres energi så højt, får du øgede mutationer og kræft - dette ville være de vigtigste biologiske virkninger. Vi vurderede, at kræftfrekvensen ville stige omkring 50 procent for noget, der er på størrelse med et menneske - og jo større du er, desto dårligere er det. For en elefant eller en hval går stråledosen op. ”
Så fjerne supernovaer forårsagede en massiv stigning i antallet af muoner, der ramte Jorden, hvilket hævede forekomsten af kræft, især hos store havdyr. Og da jo dybere et dyre er i vandet, jo mere beskyttet det er, var udryddelsen for større havdyr i lavere kystvand et biprodukt.
Et særligt stort - og berygtet - havdyr blev udryddet under den Pliocene marine megafauna-udryddelse: Megalodon, en af de største og mest magtfulde rovdyr nogensinde til at leve på Jorden.
Megalodon var en gammel haj så stor som en skolebus, der blev udryddet for 2,6 millioner år siden. ”En af udryddelserne, der skete for 2,6 millioner år siden, var Megalodon,” sagde Melott. ”Forestil dig den store hvide haj i 'Jaws', som var enorm - og det er Megalodon, men det handlede om størrelsen på en skolebus. De forsvandt lige omkring den tid. Så vi kan spekulere i, at det måske har noget at gøre med muonerne. Grundlæggende, jo større væsen er, desto større ville stigningen i stråling have været. ”
Som Melott anerkender, er der nogle spekulationer der foregår her. Der kan være andre grunde til dens udryddelse, herunder afkøling af verdenshavene som følge af en istid. Havstanden ville også være faldet i en istid, hvilket betyder, at arten mistede gode plejeområder.
Megalodon var ikke den eneste art, der blev uddød i løbet af denne tid. I et papir fra 2017 dokumenterede forskere udryddelsen af andre marine megafaunaer inklusive pattedyr, havfugle og skildpadder. Men kunne en eller flere supernovaer have forårsaget alt dette?
Jorden befandt sig i en periode med klimafariabilitet på det tidspunkt, så det er vanskeligt at drille de individuelle effekter, supernovaer og klimaændringer ville have haft på udryddelse. Og en anden undersøgelse antydede en anden supernova-forbindelse til Pliocene-Pleistocene-udryddelse.
I en undersøgelse fra 2002 kiggede forskerne på den lokale boble og på jordens jern 60 og konkluderede, at begge var en faktor i udryddelsen. Men de udgjorde en anden mekanisme. De sagde, at supernovaerne fik en kraftig bølge i ultraviolet lys til at ramme Jorden, og dræbte små væsener i bunden af fødekæden, og at det igen førte til, at større marine megafauna døde.
For Melott og hans team er supernovae muon-teorien alt sammen en del af det. Forskeren fra University of Kansas sagde, at beviset for en supernova eller række af dem er "et andet puslespil" for at afklare de mulige årsager til udryddelsen af Pliocen-Pleistocen-grænsen.
”Der har virkelig ikke været nogen god forklaring på den marine megafaunaludryddelse,” sagde Melott. ”Dette kunne være en. Det er denne paradigmændring - vi ved, at der skete noget, og når det skete, så for første gang kan vi virkelig grave ind og kigge efter tingene på en bestemt måde. Vi kan nu blive rigtig klare over, hvad virkningen af stråling ville have på en måde, der ikke var mulig før. ”
- Videnskabelig artikel: Pliocen-marine megafauna-udryddelse og dens indflydelse på funktionel mangfoldighed.
- Pressemeddelelse: Forskere overvejer, om supernovaer dræbte store havdyr ved Pleistocenens daggry
- Videnskabelig artikel: Hypotese: Muon stråledosis og marin Megafaunal udryddelse ved slutningen af Pliocen Supernova
- Videnskabelig papir: BEVIS FOR NÆRBARE SUPERNOVA-EXPLOSIONER
