当一颗大质量恒星作为超新星爆炸时,它所做的不仅仅是释放出巨大的能量。超新星爆炸不仅会释放出巨大能量,还会造就包括铁在内的一些重元素,这些元素在爆炸中被抛射到太空中。
在地球上,海底沉积物中有两处铁同位素
60Fe 的积累,科学家将其追溯到大约 200 万到 300 万年前以及大约 500 万到 600 万年前。
产生铁的爆炸也使地球遭受了宇宙辐射。
在提交给《天体物理学杂志快报》的新研究中,科学家们研究了这些爆炸向地球传递了多少能量,以及这种辐射可能如何影响地球上的生命。
这篇题为《泡沫中的生命:附近的超新星如何在宇宙射线谱上留下短暂足迹以及在生命中留下不可磨灭印记》的论文,在 arXiv 预印本服务器上 可供查阅 。主要作者是来自加州大学圣克鲁兹分校的凯特琳·诺吉里(Caitlyn Nojiri)。
“地球上的生命在持续暴露于来自陆地和宇宙的电离辐射的情况下不断进化,”作者写道。陆地辐射在数十亿年中缓慢减少。但宇宙辐射并非如此。随着我们的太阳系在星系中移动,地球所暴露的宇宙辐射量会有所不同。
“附近的超新星(SN)活动有可能将地球表面的辐射水平大幅提高,预计这将对生命的演化产生深远影响,”他们写道。
作者解释说,200 万年前的积累直接来自超新星爆炸,而更古老的积累来自地球穿过一个气泡的时候。
该研究标题中所提到的气泡来自一种特殊类型的恒星,称为 OB 星。OB 星是巨大、炽热且寿命短暂的恒星,通常成群出现。这些恒星会发出强大的外流风,在星际介质中形成热气“泡”。
我们的太阳系就在其中的一个气泡之中,称为本地泡,它几乎有 1000 光年宽,是几百万年前形成的。
地球大约在 500 或 600 万年前进入本地泡,这解释了更古老的60Fe 积累。据作者说,200 或 300 万年前相对较新的60Fe 积累直接来自超新星。
“大约 2 - 3 百万年前出现的60Fe 峰值很可能是由位于天蝎座 - 半人马座(约 140 秒差距)的上半人马座狼疮星协或者杜鹃 - 时钟座星协(约 70 秒差距)中的超新星爆发所导致的。”作者写道。
本地泡可不是个安静的所在,它是由多次超新星爆发才形成的。作者写道,在过去的 1500 万年里,得有 15 次超新星爆炸才能形成本地泡。“从本地泡历史的重建情况来看,在过去的 600 万年中,至少有 9 次超新星爆发。”他们写道。
研究人员拿到了所有的数据,并算出了本地泡中多个超新星的辐射量。“这种辐射剂量所产生的生物学效应目前还不清楚,”他们写道,但他们确实讨论了一些可能性。
辐射剂量可能强到足以在 DNA 中造成双链断裂。这是严重的损伤,可能导致染色体变化甚至细胞死亡。但对于地球上生命的发展还有其他影响。
“DNA 中的双链断裂有可能会造成突变以及物种多样化的急剧增加,”研究人员写道。2024 年的一篇论文表明,“非洲坦噶尼喀湖中的病毒多样化速率在 2 - 3 百万年前加快了。”这会与超新星辐射有关吗?
“弄清楚这是否能归因于我们所预测的那段时期内发生的宇宙辐射剂量的增加,颇具吸引力,”作者们调侃道。
超新星辐射的强度不足以导致物种灭绝。但它或许强大到能够引发更多的突变,这或许会致使更多的物种呈现多样化。
辐射向来是环境的组成部分。伴随事件的发展以及地球在银河系中的运转,其强度会有升有降。不知怎的,它定然是我们星球上造就生命多样性这一等式中的一部分。
“所以,可以确定的是,在评估地球上生命的存续能力和进化状况时,宇宙辐射是一个关键的环境要素,关键问题在于当考虑物种进化时,辐射成为有利或者有害触发因素的阈值,”作者们在结论里写道。
不幸3z.059405.com的是,我们不明确辐射到底怎样影响生物学,可能存在何种阈值,以及它们会如何随时间变动。“唯有清晰地知晓宇宙辐射(尤其是在地面占主导地位的μ子)的生物效应,方可确定确切的阈值,然而这仍未被充分探究,”野尻和她的合著者写道。
研究表明,无论我们在日常生活中能否看到,甚至是否意识到,我们的空间环境都对地球上的生命施加着强大的力量。SN 辐射可能在地球历史的关键时期影响了突变率,从而有助于塑造进化。
要是没有超新星爆炸,地球上的生命或许会截然不同。也许在遥远的过去,超新星爆炸在导致我们的进化链中发挥了作用。