Nie tak dawno kanał TV Discovery
Science wyemitował film na temat odkryć związanych z ujawnieniem na dnie
Pacyfiku warstw zawierających zwiększoną ilość radioizotopu 60Fe*
czyli żelaza-60. Według realizatorów filmu, badający je uczeni doszli do
wniosku, że wybuchy gwiazd Supernowych stanowią czynnik ewolucyjny, dzięki
któremu istniejemy. A oto materiał na ten temat:
Około 2 miliony lat temu, gdy
ludzki przodek Homo erectus „schodził
z drzew”, dwie supernowe wybuchły w pobliżu Ziemi i obsypały ją odłamkami…
To klasyczny scenariusz dnia
ostatecznego. Pobliska gwiazda eksploduje jako efektowna supernowa, emitując w
ułamku sekundy więcej energii niż Słońce w przeciągu milionów lat. Strumień
promieniotwórczych cząstek dociera do warstwy ozonowej, niszczy ją i powoduje
mutacje genetyczne ziemskiego życia.
Astronomowie uważają, że w
odległości około 100 lat świetlnych od Ziemi, czyli w naszym najbliższym
otoczeniu, do eksplozji dochodzi przeciętnie raz na milion lat. Pomimo tej
wiedzy ostateczny dowód tezy, że około 2 miliony lat temu doszło do takiego
wybuchu był bardzo trudny do przeprowadzenia.
W ciągu ponad pół wieku,
naukowcy znaleźli dowody, które potwierdzają hipotezę wybuchu pobliskiej
supernowej. Pierwsza wskazówka leży na dnie Oceanu Spokojnego[1],
gdzie izotop żelaza-60 jest osadzony w skorupie. Podczas formowania się Ziemi
również był produkowany izotop 60Fe* - radioaktywnego żelaza-60,
jednak jego czas połowicznego rozpadu wynosił tylko 2,6 miliona lat, więc
musiał zniknąć już dawno temu. A zatem warstwa żelaza-60 musi być rezultatem
czegoś niedawnego, a wybuch pobliskiej supernowej jest prawdopodobnym sprawcą
tego zamieszania.
Kolejną wskazówką jest Bąbel
Lokalny – obszar przestrzeni kosmicznej o małej gęstości, w którym znajduje się
Słońce. Wybuch pobliskiej supernowej mógł spowodować powstanie takiego obszaru.
Zespół naukowców połączył te
dwie wskazówki aby sprecyzować prawdopodobne położenie antycznych supernowych.
Wyniki badań opublikowane 7 kwietnia w czasopiśmie Nature pokazują, że doszło
do dwóch wybuchów. Oba miały miejsce 300 lat świetlnych od nas: pierwszy z nich
nastąpił 2,3 miliona lat temu, a kolejny 1,5 miliona lat temu.
Aby znaleźć gwiazdy, które
prawdopodobnie zginęły 2 miliony lat temu, zespół naukowców zaczął od
poszukiwań ocalałych członków rodziny. Wszystkie gwiazdy rodzą się w gromadach
liczących od setek do tysięcy gwiazd o różnych masach. Najmasywniejsza gwiazda
w gromadzie wybucha pierwsza, podczas gdy rodzeństwo o mniejszej masie żyje o
wiele dłużej. Gdy astronomowie znajdą gromadę składającą się tylko z lekkich
gwiazd, zakładają, że brakujące masywne gwiazdy stały się już supernowymi.
Podczas przeszukiwania
archiwalnych danych zebranych przez satelitę Hipparcos, naukowcy
znaleźli rodzinę, jakiej właśnie szukali: grupę 70 mało masywnych gwiazd.
Następnie zespół oszacował masę brakujących, cięższych gwiazd, aby określić jak
długo mogły one żyć. Dzięki temu naukowcy dowiedzieli się kiedy nastąpiła ich
eksplozja. Z obliczeń wynikło, że w gromadzie nastąpiło do 16 wybuchów
supernowych. Zespół badaczy przeprowadził symulację komputerową, aby dowiedzieć
się, która z nich mogła wytworzyć Bąbel Lokalny.
Wynik pracy był ekscytujący.
Kierownik zespołu pragnął również sprawdzić, czy można powiązać rezultaty pracy
z osadzonym na dnie oceanu żelazem-60. Obecność żelaza-60, izotopu, który
prawie wyłącznie powstaje podczas wybuchów supernowych, pozwoliła naukowcom
ustalić specyficzny przedział czasu, w którym musiało dojść do eksplozji
supernowej. Warstwa na dnie oceanu rośnie bardzo powoli, co oznacza, że każdy
wybuch supernowej zwiększa ilość izotopu żelaza-60. Astronomowie oszacowali
ilość żelaza-60 i doszli do wniosku, że na dnie oceanu znajdują się dwie
warstwy tego izotopu. Jedna z nich powstała około 2,2 miliona lat temu.
To był natychmiastowy dowód na
to, że w tamtym czasie pojawiły się dwie supernowe. Jednak w celu sprawdzenia,
czy te supernowe były prawdziwymi winowajcami, zespół musiał najpierw obliczyć,
w jakim stopniu żelazo-60 skondensowane w jądrze gwiazdy wmieszało się w falę
uderzeniową, która ostatecznie trafiła w Ziemię. Obliczenia pokazały, że dwie
supernowe przyczyniły się do nagromadzenia około połowy żelaza-60 znajdującego
się na dnie oceanu. Natomiast reszta pochodzi od wszystkich innych wybuchów supernowych
razem wziętych.
Te pobliskie wybuchy
supernowych miały miejsce niedługo po tym jak przodkowie człowieka zeszli z
drzewa. Czy eksplozje mogły jakoś wpłynąć na naszych przodków?
Adrian
Melott (University of Kansas) próbuje znaleźć odpowiedź na to
pytanie. Opisane powyżej wybuchy miały miejsce setki lat świetlnych od Ziemi.
Supernowe muszą znajdować się o wiele bliżej aby wyrządzić realne szkody.
Według naukowca strefa śmierci rozpoczyna się od około 26 do 33 ly od nas.
Tak więc skutki supernowych odległych
o kilkaset lat świetlnych nie będą duże. Ale czy będą zauważalne? Pomijając
genialny rozbłysk na niebie, może okazać się, że te kosmiczne wybuchy mogły
rozegrać się nad głowami naszych przodków.
Artystyczna wizja Bąbla
Lokalnego (zawierającego Słońce i gwiazdę Murzim [β Canis Maioris]) oraz sąsiedniego bąbla Loop I (zawierającego
Antares [α Scorpionis], po lewej
widoczna Betelgeza [α Orionis])
Bąbel Lokalny –
obszar przestrzeni kosmicznej o małej gęstości materii międzygwiazdowej
wewnątrz Ramienia Oriona w Drodze Mlecznej, wewnątrz którego aktualnie znajduje
się Słońce. Rozciąga się na co najmniej 300 ly i ma średnią gęstość około 0,05
atomu/cm³, czyli około 1/10 średniej gęstości ośrodka międzygwiazdowego w
Drodze Mlecznej.
Bąbel Lokalny jest
wynikiem eksplozji supernowych z ostatnich 2-4 milionów lat. Wcześniej sądzono,
że Bąbel jest pozostałością po wybuchu supernowej, która utworzyła Gemingę
– pulsar w gwiazdozbiorze Bliźniąt.[2]
Układ Słoneczny porusza się
przez obszar rozrzedzonego gazu od około 5-10 milionów lat. Od kilkudziesięciu
tysięcy lat znajduje się wewnątrz obłoku o nieco większej gęstości 0,1
atomu/cm³ (wciąż pięciokrotnie mniejszej niż średnia gęstość ośrodka w Drodze
Mlecznej), powstałego na granicy Bąbla Lokalnego i sąsiedniego bąbla Loop
I.
Bąbel Lokalny
prawdopodobnie nie ma kulistego kształtu, ale rozciąga się szerzej nad i pod
płaszczyzną Galaktyki, przypominając kształtem klepsydrę. Styka się z
okolicznymi bąblami, wytwarzanymi przez wiatry gwiazdowe większych gwiazd i supernowych.
Bąbel Loop I –
obszar przestrzeni kosmicznej o małej gęstości materii międzygwiazdowej,
wewnątrz Ramienia Oriona Drogi Mlecznej, wypełniony gorącym, zjonizowanym gazem.
Patrząc z pozycji Słońca bąbel jest położony w kierunku centrum Galaktyki i
połączony z Bąblem Lokalnym dwoma wyraźnymi tunelami. Bąbel Loop I jest
superbąblem.
Bąbel Loop I
znajduje się powyżej płaszczyzny Galaktyki, w odległości około 100 pc od Słońca.
W pobliżu tego bąbla odkryto inne, rozszerzające się bąble, nazwane Loop
II i Loop III. Bąbel Loop I powstał w wyniku
działalności wiatrów gwiazdowych i wybuchów supernowych w asocjacji Skorpiona–Centaura,
około 500 ly od Słońca. Bąbel Loop I zawiera gwiazdę Antares
(α Scorpii). Kilka tuneli łączy wnęki
Bąbla Lokalnego z bąblem Loop I (tzw. „Tunele Wilka”).
A co z tego wynika?
Izotop żelazo-60 ma bardzo
długi czas rozpadu – jego T1/2 = 2,62 mln lat. Produktem jego
rozpadu są szybkie elektrony powstające w wyniku reakcji:
60Fe*
=> β- + 60Co* (T1/2 = 5,27 roku)
- produktem rozpadu jest
radioaktywny kobalt-60, który emituje szybkie elektrony i kwanty gamma –
promieniowania jonizującego, wg wzoru:
60Co*
=> β-, γ + 60Ni
- i to jest właśnie
niebezpieczne. Nikiel-60 jest już stabilny, ale kobalt-60 miał być używany w
bombach kobaltowych i „brudnych” bombach radiacyjnych, którym zamierzano
obrzucić wrogie terytoria. Promieniowania beta i gamma są wysokoenergetyczne i
mutagenne, a zatem obecność tych izotopów w biosferze Ziemi może mieć działanie
mutagenne.
Czyżby więc bliskie wybuchy
supernowych rzeczywiście oddziaływały na przebieg ewolucji na naszej planecie?
Na to wygląda…
Źródła:
·
Wikipedia
·
Wielka Encyklopedia Powszechna PWN
[1] Na dnie
Pacyfiku w Polinezji Francuskiej.
[2]
Inne oznaczenia - SN 437, PSR B0633+17, PSR J0633+1746, pulsar. Zmierzony okres
obrotu Gemingi równy był 237 ms. Rotacja wskazywała na to, że pulsar jest
gwiazdą neutronową, i najprawdopodobniej pozostałością po supernowej, która
zakończyła swój żywot wielką eksplozją ok. 340.000 lat temu. Odległość do
Gemingi udało się ustalić jako ok. 250 pc, czyli ok. 815 ly. Promień Gemingi
oszacowano jako 19 km. Obliczenia dotyczące oddziaływania protonów na
powierzchni Gemingi wskazały, że jej masa jest równa ok. 1,44 masy Słońca
(2,86×1030 kg). Gęstość można oszacować jako 3,13×1017
kg/m³. Temperatura powierzchni gwiazdy została oszacowana na 560.000 K.
