Взрывы сверхновых изменили климат Земли и повлияли на историю человечества

Большинство ученых сходятся во мнении, что взрывы сверхновых повлияли на климат Земли, хотя подробности не все ясны. Вероятно, они несколько раз охлаждали климат за последние несколько тысяч лет, как раз когда человечество обосновалось по всему миру. Доказательства этому — телескопы и годичные кольца деревьев.

Мы живем в четвертичном периоде, который охватывает период с 2,58 миллионов лет назад до настоящего времени. Четвертичный период характеризуется климатическими и экологическими изменениями, наиболее значительными из которых являются ледниковые периоды. Четвертичный период также охватывает существование человека и его эволюцию от ранних гоминидов до нашего вида.

Новое исследование в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society изучает роль взрывов сверхновых в климатических изменениях четвертичного периода. Автор исследования Роберт Брейкенридж из Института арктических и альпийских исследований Университета Колорадо.

Поздний четвертичный период приблизительно определяется как период времени от 50 000 лет назад до настоящего времени. Он характеризовался несколькими резкими, драматическими изменениями климата Земли. К ним относятся древний дриас и поздний дриас, резкие сдвиги к более холодному климату, когда Земля переживала тенденцию к потеплению после последнего ледникового периода в конце эпохи плейстоцена.

Существует несколько способов, которыми SN могут охлаждать климат Земли. Они могут ослабить или разрушить озоновый слой Земли, что позволит большему количеству ультрафиолетового света достигать поверхности. Это приводит к побочным эффектам, которые могут вызвать охлаждение. SN также способствуют охлаждению, разлагая атмосферный метан, парниковый газ. Основной способ, которым SN могут охлаждать климат Земли, — это увеличение облачного покрова.

Идея о том, что сверхновые могут быть ответственны за резкие изменения климата, подтверждается доказательствами из годичных колец. Деревья поглощают три изотопа углерода: углерод-12 (12C), углерод-13 (13C) и углерод-14 (14C). Когда исследователи изучают древние годичные кольца деревьев, они обнаруживают разные соотношения изотопов углерода в разных кольцах. 12C и 13C являются стабильными изотопами, а 14C — нет. 14C непрерывно образуется в верхних слоях атмосферы все время.

Когда взрываются сверхновые, они посылают высокоскоростные энергичные частицы наружу во всех направлениях. Когда некоторые из них достигают Земли, они сталкиваются с азотом в атмосфере и генерируют 14C. Из-за этого уровень 14C в атмосфере резко возрастает, когда взрывается близлежащая сверхновая (в астрономических терминах).

Годичные кольца деревьев можно датировать, и когда ученые датируют годичные кольца деревьев с повышенным содержанием 14C, это указывает на то, что где-то поблизости в определенное время произошел взрыв сверхновой.

Однако не все так однозначно, и не все исследователи согласны с тем, что мы можем связать кольца деревьев со сверхновыми. События Мияки также создают всплеск 14C, который можно идентифицировать в кольцах деревьев, но они вызваны Солнцем. Однако идея о том, что сверхновые могут быть ответственны за 14C и климатические сдвиги, никуда не денется.

«У нас есть резкие изменения окружающей среды в истории Земли. Это твердо, мы видим эти изменения», — сказал Брейкенридж. «Итак, что же их вызвало?»

Этот вопрос возникает, когда мы пытаемся понять нашу собственную историю и то, что может ждать Землю в будущем.

«Когда в будущем поблизости появятся сверхновые, излучение может оказать довольно драматическое воздействие на человеческое общество», — сказал он. «Мы должны выяснить, действительно ли они вызывали изменения окружающей среды в прошлом».

Годичные кольца и углерод-14 — это только часть истории. Другую часть рассказывают наши мощные телескопы, которые исследуют небеса. Когда звезды взрываются как сверхновые, они не просто исчезают. Они оставляют после себя остатки, расширяющуюся ударную волну мертвого звездного материала и захваченную межзвездную среду, которая освещается взрывом и, в зависимости от типа сверхновой, белый карлик.

Остатки сверхновых (ОСН) — одни из самых ослепительных проявлений природы. Самым известным из них, вероятно, является Крабовидная туманность, остаток сверхновой 1054 года. Крабовидная туманность была первым астрономическим объектом, успешно связанным с исторической сверхновой.

По мере того, как наши телескопы становились все мощнее, ученые узнали много нового об излучении, которое исходит от сверхновых. Трудность заключается в том, чтобы точно понять, как излучение взаимодействовало с Землей и влияло на ее климат. Нет четкой картины того, насколько далеко может находиться сверхновая и все еще влиять на Землю.

«Все известные позднечетвертичные остатки сверхновых находятся гораздо дальше, чем окрестности Солнечной системы», — пишет автор в своем исследовании. «Сверхновые на расстоянии >0,1 кпк иногда считались слишком удаленными, чтобы повлиять на биосферу и атмосферу Земли». Брейкенридж объясняет, что этот вывод основан на катастрофических эффектах, а не на существенных эффектах. «Такой критерий не подходит для позднечетвертичного времени, поскольку не известно ни одного глобального вымирания, сопоставимого, например, с теми, что были в позднем ордовике и на границе мелового и третичного периодов», — объясняет он, упоминая два крупнейших вымирания на Земле.

«Вместо этого есть многочисленные свидетельства глобальных изменений климата меньшей величины, а также крупных событий вымирания млекопитающих», — объясняет Брейкенридж. «Таким образом, на основе имеющихся знаний невозможно исключить SNe на расстоянии нескольких 0,1 кпк как вызывающую значительные эффекты, наблюдаемые в записях позднего четвертичного периода».

В этом исследовании Брейкенридж создал новую модель того, как излучение сверхновой влияет на атмосферу планеты.

Ни одна сверхновая не влияет на Землю прямо сейчас, поэтому Брейкенридж проверил модель единственным доступным ему способом: с помощью колец деревьев. Он исследовал кольца деревьев за последние 15 000 лет и обнаружил 11 выбросов углерода. В конце концов он определил, что четыре сверхновые могли повлиять на климат Земли в позднем четвертичном периоде.

«События, о которых мы знаем здесь, на Земле, происходят в нужное время и имеют нужную интенсивность», — сказал Брейкенридж.

SNR Хоинга тесно связан с резким похолоданием позднего дриаса , произошедшим около 14 000 лет назад. SNR Вела связан с похолоданием позднего дриаса, произошедшим около 12 000 лет назад. Два других события C14, крупнейшие в голоцене, около 9000 и 7000 лет назад, также тесно связаны с близлежащим SNR.

Древний и поздний дриас повлияли на наших человеческих предков, которые боролись за выживание. Древний дриас был особенно трудным для людей, которые в это время столкнулись со значительным сокращением численности населения. Возможно, мы защищены от подобных климатических изменений технологиями, но такие быстрые климатические сдвиги могут быть катастрофическими для цивилизации, какой мы ее знаем.

Годичные кольца деревьев и телескопы — не единственные доказательства того, как SN могла повлиять на Землю. Есть также осадки, ледяные керны и другие доказательства. Сложность заключается в том, чтобы собрать все это воедино и понять, как развивалось прошлое.

Другая задача — оглянуться вокруг и определить, какие близлежащие звезды могут взорваться и какую угрозу они могут представлять для климата. Возможно, нас могут отбросить обратно в сложную ситуацию выживания, как наших предков.

«По мере того, как мы узнаем больше о наших соседних звездах, возможность прогнозирования на самом деле есть», — сказал Брейкенридж. «Потребуется больше моделирования и наблюдений от астрофизиков, чтобы полностью понять подверженность Земли таким событиям».