Supernowe dwa razy mogły wymazać życie na Ziemi. Czy stanowią dziś dla nas zagrożenie?

W skrócie, do supernowej typu II, który kojarzymy najczęściej, dochodzi wtedy, gdy masywna gwiazda nie może już funkcjonować w zwykły sposób, czyli zużywając paliwo w swoim wnętrzu. Tym paliwem z czasem stają się coraz cięższe pierwiastki, dlatego w eksplozji są one wyrzucane w kosmos. Część masywnych pierwiastków, cięższych od żelaza powstaje także na etapie wybuchu. Ta cała materia staje się w przyszłości budulcem dla nowych pokoleń gwiazd, a także planet i żywych organizmów. Jednak wcześniej emitowane jest promieniowanie gamma, rentgenowskie i inne, które może stanowić z kolei zagrożenie dla życia.

Są też inne typy supernowych, w tym takie, które są wynikiem przekroczenia masy krytycznej przez białego karła wysysającego materię z sąsiedniej gwiazdy - typ Ia. Z perspektywy człowieka, który bardziej martwi się (i słusznie) kosmicznymi zagrożeniami takimi jak uderzenie asteroidy, czy nadmierna aktywność słoneczna, supernowa jest czymś bardzo odległym. Wydarzeniem, które skutkuje pięknymi widokami na niebie, w postaci kolorowych mgławic o różnorodnym wyglądzie. Takie obiekty na niebie obserwowalne są dopiero z pomocą astrofotografii, gdyż pomimo dużych rozmiarów kątowych, nie są tak jasne jak gwiazdy.

Supernowe w Galaktyce. Kiedy zagroziły Ziemi w przeszłości?

W każdej galaktyce, w tym w Drodze Mlecznej, zdarzają się średnio jedna do dwóch supernowych w ciągu stulecia (najnowsze badania). Każda czarna dziura o masie gwiazdowej czy gwiazda neutronowa, kiedy musiały przejść przez stadium supernowej. Dla amatorów astronomii, ślady, które można obserwować to mgławicowej pozostałości. Nie wszystkie jesteśmy w stanie zaobserwować, ale chyba każdy słyszał o mgławicy Krab, która jest pozostałością supernowej z 1054 roku w odległości 6500 lat świetlnych. Na północnym niebie możemy dostrzec także mgławicę Welon w konstelacji Łabędzia, a także pozostałości innych eksplozji z ostatnich kilkuset lat - Cassiopeia A, SN 1572, SN 1604.

Mgławica Krab obserowana w podczerwieni przez teleskop Webba. (fot: Webb)

Na południowym niebie ziemskim szczególnie pięknie prezentuje się rozległa mgławica Włóknista w gwiazdozbiorze Żagla. Znajduje się w odległości około 900 lat świetlnych od Ziemi, a do wybuchu doszło około 11 do 12 tysięcy lat temu, gdy na Ziemi mieliśmy maksimum ostatniej epoki lodowcowej. W tym czasie wymarło na Ziemi wiele gatunków zwierząt, takich jak mamuty. To wymieranie nie miało związku z supernową, a zmianami w orientacji osi obrotu Ziemi i jej orbity względem Słońca.

W historii Ziemi mieliśmy pięć epizodów masowego wymierania, czyli momentów, gdy znacząca cześć gatunków zwierząt i roślin znikła z powierzchni Ziemi. Zdaniem biologów nawet teraz trwa kolejny etap wymierania, choć trudno go oceniać z właściwej perspektywy jaką daje czas. Pracownicy z Uniwersytetu Keele w Anglii, spróbowali dotrzeć do dna tematu, analizując dane z teleskopu Gaia. Pozwoliły one określić jak zmieniało się położenie obiektów odpowiedzialnych za eksplozje supernowych w przeszłości.

Naukowcy powiązali dwa ważne wymierania w późnym dewonie i ordowiku, okresach w historii Ziemi, które miały miejsce pomiędzy 445 a 372 milionami lat temu, z wybuchami supernowych. Pierwszy z tych epizodów doprowadził do zniszczenia 85 proc. gatunków organizmów wodnych (wtedy życie na lądzie raczkowało), a drugi 75 proc. Choć nie było to całkowite wymazanie życia, to na pewno bardzo znaczące. Te wydarzenia, choć odległe w czasie, można traktować jako jeden moment, gdy supernowe przeszkodziły życiu na Ziemi. Drugi momentem, w którym supernowa mogła mieć wpływ na ziemskie życie, był ten sprzed około 2,6 miliona lat temu. Wtedy znikło wiele gatunków ssaków morskich, żółwi, rekinów i ptaków.

Jak często wybucha supernowa w pobliżu Ziemi?

Badania sugerują, że w promieniu 60 lat świetlnych od Ziemi, czyli w odległości z której promieniowanie powstające w trakcie wybuchu supernowej ma już destrukcyjne działanie (np. jest zdolne pozbawić nas całkowicie osłony jaką przed promieniowaniem UV ze Słońca stanowi warstwa ozonowa), częstotliwość supernowych wynosi około 2 do 2,5 na miliard lat. Ten wniosek wysnuto na podstawie analizy próbek z Antarktydy jak i Księżyca, które wskazują na nadmiar radioaktywnego izotopu żelaza-60 (źródłem są supernowe) w pyle kosmicznym docierającym do Ziemi w danym czasie.

Wizualizacja supernowej SN1993J, która eksplodowała w galaktyce M81 odległej o 12 milionów lat świetlnych. Jej światło dotarło do nas 31 lat temu. (fot: NASA/STScI)

Jak to zwykle bywa, uzyskane rezultaty wiążą eksplozje supernowych z ziemskim wymieraniem, ale nie oznaczają, że tak zdarzyło się z całą pewnością. Jednakże, jak twierdzi Nick Wright, główny autor wspomnianych badań - jest to wysoce prawdopodobne. No i jak widać, wyczerpuje limit naszego pecha pod tym względem. Chociaż pomiary próbek gruntu wydobytych z dna oceanicznego sugerują, że Ziemia mogła być bliskim świadkiem silnej eksplozji o jeszcze innym charakterze. Brian Fields, astronom z Uniwersytetu Illinois Urbana-Champaign, sugeruje, że 10 milionów lat temu w pobliżu Ziemi miała miejsce eksplozja kilonowej, czyli zlanie się dwóch gwiazd neutronowych. To jeszcze bardziej energetyczne zdarzenie, które pozostawiło ślad w postaci specyficznego izotopu plutonu.

Potwierdzenie tej teorii wymaga dodatkowych badań na powierzchni Księżyca. Z kolei badania dna morskiego mogą wskazać na jeszcze inne eksplozje supernowych, sprzed 3 i 8 milionów lat. Nie każda taka eksplozja ma oczywiście negatywne skutki. Wyniki badań w jeziorze Tanganika, gdzie mamy jeden z najbardziej różnorodnych ekosystemów na Ziemi, sugerują z kolei prawdopodobny wpływ promieniowania z supernowej o charakterze napędzającym ewolucyjne zmiany. Badając przeszłość trzeba pamiętać, że Ziemia podróżuje ze Słońcem przez Galaktykę (w ciągu około 250 milionów lat dokonuje pełnego obiegu), a obiekty, które kiedyś znalazły się blisko planety, dziś mogą być już bardzo oddalone i na odwrót.

Obejrzyj w

Czy dziś zagraża nam eksplozja supernowej?

Gwiazdą, o której eksplozji mówi się dziś najwięcej jest Betelgeza w konstelacji Oriona. To gwiazda o masie około 15-20 mas Słońca, rozdęta tak bardzo, że w Układzie Słonecznym sięgałaby orbity Marsa. Obserwacje sugerują, że jest ona na bardzo późnym etapie rozwoju i eksplozja mogła już nastąpić (tylko, że jeszcze tego nie wiemy), albo zdarzy się w kolejnych tysiącach lat. Jednakże odległość Betelgezy, co najmniej 430 lat świetlnych (może to być też 640 lat świetlnych), oznacza, że eksplozja nie będzie destrukcyjna dla ziemskiego życia, a nawet nie stworzy zagrożenia tak jak mogło to mieć miejsce miliony i setki milionów lat temu.

Znacznie bliżej jest IK Pegasi, gdzie z kolei mamy białego karła. Tu odległość to 150 lat świetlnych, wciąż za daleko, by wywołać negatywne efekty, na dodatek Słońce oddala się od tego układu. Eksplozja musiałaby mieć miejsce co najmniej 60 lat świetlnych od nas, by była niepokojącym zjawiskiem. A dopiero przy odległości mniejszej niż 30 lat świetlnych, promieniowanie jest na tyle silne, by niszczyć nie tylko warstwę ozonową, ale i życie bezpośrednio, na przykład wywołując zmiany w DNA. Wyjątek stanowią neutrina - nawet z bardzo niewielkiej odległości ich strumień emitowany w eksplozji nie jest istotnym zagrożeniem dla żywych organizmów.

Astronomowie byli w stanie dokładnie zbadać okolice Ziemi i nic nie wskazuje, żeby były kandydatki na zagrażającą ludzkości supernową w najbliższej przyszłości. Niemniej w kosmosie są zjawiska jeszcze bardziej energetyczne niż supernowe, takie jak GRB (rozbłyski gamma), które mogłyby zaszkodzić Ziemi. Skupione promieniowanie gamma jak z GRB byłoby niebezpieczne prawdopodobnie już z odległości 200 lat świetlnych, ale już to samo z siebie wymaga ogromnego zbiegu okoliczności. A ponownie brak potencjalnych źródeł takich błysków w naszej kosmicznej okolicy.

Źródło: inf. własna, livescience, space.com, phys.org