Коли зоря великої маси вибухає як наднова, то наслідок більший, ніж вивільнення надзвичайної кількості енергії. Вибухи наднових спричиняють утворення деяких важких елементів, зокрема заліза, яке внаслідок вибуху потрапляє в космос. На Землі є два накопичення ізотопу заліза Fe60 у відкладеннях морського дна, які на думку науковців відбулися приблизно два — три мільйони років тому та приблизно п’ять — шість мільйонів років тому.

Вибухи, що спричинили утворення заліза, також піддали Землю космічному випромінюванню.

У новому дослідженні, результати якого оприлюднено в Astrophysical Journal Letters, науковці з’ясовували, скільки енергії досягло Землі від цих вибухів і як це випромінювання могло вплинути на життя на Землі. Стаття називається «Life in the Bubble: How a nearby supernova left ephemeral footprints on the cosmic-ray spectrum and indelible imprints on life» («Життя в бульбашці: як наднова, що спалахнула поблизу, залишила ефемерні сліди в спектрі космічних променів і незгладимий відбиток на житті». Перший автор — Кейтлін Ноджірі (Caitlyn Nojiri) з Каліфорнійського університету в Санта-Круз.

«Розвиток життя на Землі відбувається під постійним впливом іонізуючого випромінювання як земного, так і космічного походження», — пишуть автори. Земне випромінювання повільно зменшується протягом мільярдів років. Але не космічне випромінювання. Рівень космічного випромінювання, якому піддається Земля, змінюється в міру того, як Сонячна система рухається крізь Галактику. «Спалах наднової (supernova, SN) поблизу може підвищити рівень радіації на поверхні Землі на кілька порядків, що, як очікується, матиме глибокий вплив на еволюцію життя», — пишуть вони.

Автори пояснюють, що накопичення віком два мільйони років є прямим результатом вибуху наднової зорі, а більш давнє накопичення — коли Земля проходила крізь Місцевий пузир (бульбашку).

Бульбашка в назві дослідження походить від певного типу зір, які називають OB-зорями. Це масивні, гарячі та з коротким часом життя зорі, які зазвичай утворюються групами. Вони випускають потужні вітри, які створюють «бульбашки» гарячого газу в міжзоряному середовищі. Наша планетна система міститься всередині однієї з цих бульбашок, названою Місцевою бульбашкою (Local Bubble), шириною майже 1000 світлових років, яка виникла кілька мільйонів років тому.

Гаряча Місцева бульбашка в уявленні художника. Авторські права на зображення: NASA. Фото з сайту www.universetoday.com.

Земля увійшла в Місцеву бульбашку (МБ) приблизно п’ять — шість мільйонів років тому, що пояснює більш давнє накопичення Fe60. На думку авторів, молодше накопичення Fe60 два — три мільйони років тому походить від наднової.

«Цілком ймовірно, що пік 60Fe приблизно 2 — 3 млн років тому став результатом наднової, яка виникла в ОВ-асоціації Upper Centaurus Lupus (Верхня Кентавра — Вовка) у Scorpius Centaurus (Скорпіона — Кентавра) на відстані приблизно 140 пк або в асоціації Tucana Horologium (Тукана — Годинника) на відстані приблизно 70 пк. Натомість пік, що трапився приблизно 5 — 6 мільйонів років тому, ймовірно, пов’язаний з входом Сонячної системи в бульбашку», — пишуть автори.

Ліворуч показано Місцеву бульбашку та сусідні зоряні асоціації, а праворуч — їхні галактичні координати. Праворуч також показано нову галактичну бульбашку, виявлену в 2018 році. Ймовірно, це залишок наднової, яка вибухнула в ОВ-зоряній асоціації Верхнього Кентавра — Вовка. Авторські права на зображення: Nojiri et al, 2024 рік. Фото з сайту www.universetoday.com.

Місцева бульбашка не є тихим місцем. Для її створення знадобилося кілька наднових. Автори пишуть, що для створення МБ знадобилося 15 вибухів SN за останні 15 мільйонів років. «Ми знаємо з реконструкції історії МБ, що принаймні 9 SN вибухнули протягом останніх 6 мільйонів», — пишуть вони.

Дослідники зібрали всі дані та розрахували кількість випромінювання від кількох наднових в Місцевій бульбашці. «Незрозуміло, якими будуть біологічні ефекти таких доз радіації», — пишуть вони, але обговорюють деякі можливості.

Цей малюнок показує середню потужність дози, отриману на поверхні Землі, як функцію відстані до найближчої наднової. Середню дозу обчислювали за перші 10 тис. (суцільна лінія) і за перші 100 тис. років (пунктирна лінія) після вибуху SN. Цього недостатньо, щоб спровокувати вимирання, але це могло сприяти диверсифікації видів. Авторські права на зображення: Nojiri et al, 2024 рік. Фото з сайту www.universetoday.com.

Доза радіації могла бути достатньо сильною, щоб створити дволанцюгові розриви в ДНК. Це серйозне пошкодження, яке може призвести до хромосомних змін і навіть до загибелі клітин. Але є й інші ефекти з погляду розвитку життя на Землі.

«Дволанцюгові розриви в ДНК потенційно можуть призвести до мутацій і стрибка в диверсифікації видів», — пишуть дослідники. В статті 2024 року («Host adaptive radiation is associated with rapid virus diversification and cross-species transmission in African cichlid fishes») показано, що «швидкість диверсифікації вірусів в африканському озері Танганьїка прискорилася 2 — 3 млн років тому». Чи може це бути пов’язано з випромінюванням наднової?

«Було б добре краще зрозуміти, чи можна це пояснити збільшенням дози космічного випромінювання, яке ми прогнозуємо в цей період», — зваблюють автори.

Випромінювання SN було недостатньо потужним, щоб спровокувати вимирання. Але воно могло бути достатньо потужним, щоб спричинити більше мутацій, що могло б призвести до більшої диверсифікації видів.

Радіація завжди є частиною навколишнього середовища. Вона зростає і спадає в міру розвитку подій і руху Землі крізь Галактику. Якимось чином це має бути частиною рівняння, яке уможливило різноманітність життя на нашій планеті.

«Тому безсумнівно, космічне випромінювання є головним фактором навколишнього середовища при оцінці життєздатності та еволюції життя на Землі, й основне питання стосується порогу для радіації, як сприятливого чи шкідливого триггера, коли йдеться про еволюцію видів», — пишуть автори у висновку.

На жаль, ми не маємо чіткого розуміння того, як саме радіація впливає на біологію, які порогові значення можуть бути встановлені та як вони можуть змінюватися з часом. «Точний поріг можна встановити лише за умови чіткого розуміння біологічних ефектів космічного випромінювання (особливо мюонів, які домінують на рівні землі), що досі є маловивченим», — пише Ноджірі та її співавтори.

Дослідження показує, що незалежно від того, бачимо ми це в повсякденному житті чи ні, чи навіть усвідомлюємо ми це чи ні, наше космічне середовище чинить потужний вплив на життя Землі. Радіація SN могла вплинути на швидкість мутації в критичні моменти в історії Землі, тобто допомагати еволюції.

Без вибухів наднових, життя на Землі могло б мати зовсім інший вигляд. Щоб ми тут опинилися, багато речей мало піти як треба. Можливо, в далекому минулому вибухи наднових грали роль в еволюційному ланцюжку, який веде до нашої появи на планеті.

За інф. з сайту www.universetoday.com