Два с половиной и восемь миллионов лет назад неподалеку от нас (по астрономическим меркам) вспыхивали две сверхновые, которые могли привести к истощению озонового слоя Земли и многочисленным нежелательным последствиям для жизни. В особенности серьезным ударом могла стать сверхновая возрастом два с половиной миллиона лет. Плиоцен, жаркая и мягкая эпоха, закончился, и начался плейстоцен, эпоха оледенения и ледникового периода. Естественные вариации на орбите Земли и покачивания, вероятно, объяснили бы изменение климата, но событие сверхновой, которое произошло как раз в этот период, подошло бы лучше.
Считается, что сверхновая вспыхнула в 160-330 световых годах от нас (50-100 парсек). Для сравнения: наш ближайший звездный сосед, Проксима Центавра, находится в 4,2 светового года.
Сверхновые могут стерилизовать любые населенные планеты в округе, если они окажутся на пути ионизирующего излучения. Могли ли эти сверхновые учинить хаос для существующей биологии нашей планеты? Доктор Брайан Томас, астрофизик из Университета Уошберн в Канзасе, решил выяснить это наверняка и смоделировал последствия для биологии на поверхности Земли, основанные на геологических свидетельствах вспышек двух сверхновых, 2,5 и 8 миллионов лет назад соответственно. В своей последней работе Томас изучил продвижение космических лучей сверхновых через атмосферу к поверхности, чтобы понять их влияние на живые организмы.
Глядя на летопись окаменелостей во время плиоцен-плейстоценовой границы (2,5 миллиона лет назад), мы видим резкие изменения в окаменелостях и глобальном покрытии почвы. Томас отмечает, что «были изменения, особенно в Африке, которые показали переход от более лесистой к луговой почве». В это же время геологическая летопись показывает глобальное повышение концентрации железа-60, которое представляет собой радиоактивный изотоп, образующийся во время взрыва сверхновой.
«Нас интересовало, как взрывающиеся звезды могли повлиять на земную жизнь, и выяснилось, что несколько миллионов лет назад жизнь претерпела серьезные изменения», говорит Томас. «Это может быть связано со сверхновой».
К примеру, на плиоцен-плейстоценовой границе было изменение численности видов. Несмотря на то, что крупных массовых вымираний не происходило, наблюдались более высокие темпы исчезновения в целом, менялись сами виды и менялась растительность.
Как сверхновая поблизости могла повлиять на жизнь на Земле? Томас недовольно отмечает, что сверхновые часто выставляются в таком свете, что «сверхновая вспыхивает и все умирает», но это не совсем так. Все дело в атмосфере. Озоновый слой защищает биологическую жизнь от вредоносной, изменяющей генетический фон ультрафиолетовой радиации солнца. Томас составил модели глобального климата, модели атмосферного химического состава и трансфера излучения (распространения излучения в слоях атмосферы), чтобы лучше понять, как вспышка космических лучей сверхновых могла повлиять на атмосферу Земли, в частности озоновый слой.
Стоит отметить, что космические лучи сверхновых не будут испепелять все на своем пути. Межгалактическая среда выступает как своего рода сито, замедляя космические лучи и «радиоактивный железный дождь» (из железа-60) на протяжении сотен тысяч лет. Высокоэнергетические частицы первыми прибудут к Земле и будут взаимодействовать с нашей атмосферой не так, как низкоэнергетические частицы, которые прибудут позже. Томас смоделировал истощение озонового слоя через 100, 300 и 1000 лет после того, как первые частицы сверхновой начали проникать в атмосферу. Что любопытно, истощение достигло пика (26%) через 300 лет.
Высокоэнергетические космические лучи для 100-летнего сценария будут просачиваться прямо через стратосферу и сбрасывать свою энергию ниже озонового слоя, истощая его меньше, а в 300-летнем сценарии менее энергичные космические лучи будут вносить больше энергии в стратосферу, существенно истощая озоновый слой.
Томас изучил несколько возможных разрушительных последствий для биологии (эритема, рак кожи, катаракта, замедление фотосинтеза морских фитопланктонов и ущерб растениям) для разных широт в результате увеличения интенсивности ультрафиолетового излучения, вызванной уменьшением озонового слоя. Повышенный урон показался по всем направлениям, увеличиваясь с широтой и соответствуя изменениям, сохранившимся в летописи окаменелостей. Однако не все последствия были одинаково ущербны для организмов. Планктон, главный производитель кислорода, пострадал минимально. Кроме того, небольшим было увеличение риска солнечных ожогов и рака кожи среди людей.
Итак, могла ли сверхновая поблизости привести к массовому вымиранию? Смотря с какой стороны посмотреть, говорит Томас:
«Есть тонкая разница между «уничтожением всего и вся» и страданиями отдельных организмов. Некоторые растения прибавили в урожае, вроде соевых бобов и пшеницы, другие же потеряли в продуктивности».
И это также отразилось в ископаемых. А вот как сверхновые могли повлиять на эволюцию человека — этим вопросом Томас займется в следующей своей работе.