Согласно недавнему исследованию, близкие сверхновые могли оказать значительное влияние на климат Земли, «сдув» часть ее атмосферы. Изотопные индикаторы, обнаруженные в годичных кольцах деревьев, показывают четкие пики радиоактивного углерода за период в 15 000 лет, которые, вероятно, были вызваны сверхновыми. Анализ этих явлений может помочь предсказать возможные будущие события и подготовиться к ним.
Четвертичный период Земли, который длится с 2,6 миллиона лет до наших дней, характеризуется значительными климатическими изменениями. Ледниковые и межледниковые циклы сменяют друг друга с регулярными интервалами примерно в 100 000 лет, что приводит к глубоким изменениям в экосистемах. Эта эпоха также отмечена сильной биологической изменчивостью, появлением новых видов и массовым, иногда избирательным, вымиранием.
Хотя Homo sapiens появился около 300 000 лет назад, явные культурные следы фиксируются лишь начиная с 50 000 лет назад. В это время закончился последний ледниковый максимум, начавшийся около 15 000 лет назад и сопровождавшийся интенсивным похолоданием: среднегодовые температуры были на 4 °C ниже, чем сегодня, лед покрывал 25 % поверхности Земли, а уровень моря был на 122 метра ниже.
Предыдущий межледниковый период закончился около 116 000 лет назад. В то время в некоторых регионах земного шара температура была на 2–4 °C выше, чем в настоящее время, а уровень океанов был на 5,5–9 метров выше. За последние 50 000 лет произошло два массовых вымирания, в результате которых исчезли несколько клад наземных млекопитающих.
Точные причины этих вымираний и резких климатических изменений остаются предметом споров. «В истории Земли мы были свидетелями резких изменений окружающей среды. Это неоспоримо, мы наблюдаем их», — объясняет в своем заявлении Роберт Бракенридж, старший научный сотрудник Института арктических и альпийских исследований (INSTAAR) Университета Колорадо в Боулдере. «Так что же их вызвало?», — спрашивает он.
С 1980-х годов Бракенридж и другие ученые выдвигают гипотезу, что гамма-всплески и близкие сверхновые могли быть причиной этих климатических переломов и эпизодов вымирания. До сих пор эта гипотеза рассматривалась только теоретически. В новом исследовании, опубликованном в июньском выпуске Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Бракенридж предлагает то, что может стать первой эмпирической и наблюдательной основой.
«Когда в будущем произойдут близкие сверхновые, излучение может иметь драматические последствия для человеческого общества», — предупреждает он. «Мы должны определить их точную роль в прошлых изменениях окружающей среды», — продолжает он.
Сверхновые возникают, когда массивная звезда — от 9 до 10 раз массивнее Солнца — исчерпывает свое топливо и гравитационно коллапсирует, давая начало нейтронной звезде или черной дыре. Этот коллапс сопровождается катастрофическим взрывом, выбрасывающим огромные количества материи и высокоэнергетического излучения, способного проникать через целые галактики.
Согласно некоторым экстремальным моделям, если бы сверхновая произошла на расстоянии около 30 световых лет от Земли, она могла бы полностью уничтожить нашу атмосферу, искоренив всю жизнь. На расстоянии в несколько сотен световых лет последствия были бы менее разрушительными, но все же значительными для химического состава атмосферы Земли.
Чтобы проверить эту гипотезу, Бракенридж использовал недавние данные о сверхновых, собранные сетью высокоразрешающих космических телескопов. Эти наблюдения уточняют характер излучения и позволили исследователю разработать модель, имитирующую воздействие этого излучения на атмосферу Земли.
Согласно этим симуляциям, высокоэнергетические фотоны, излучаемые сверхновой, частично разрушают озоновый слой, который является естественным щитом планеты от ультрафиолетовых лучей. Эти излучения также разрушают стратосферный метан, парниковый газ, играющий ключевую роль в удержании тепла. Совокупный эффект привел бы к внезапному охлаждению планеты и усилению воздействия ультрафиолета. По мнению Бракенриджа, эти изменения могут привести к таким потенциальным последствиям, как выборочное вымирание видов или увеличение числа лесных пожаров.
Но в отсутствие в настоящее время излучения сверхновых, направленного на Землю, гипотеза Бракенриджа не может быть проверена напрямую. Поэтому он обратился к естественному архиву: годичным кольцам деревьев. Они регистрируют ежегодные колебания содержания углерода в атмосфере, в том числе углерода-14, радиоактивного изотопа, концентрация которого увеличивается под воздействием космического излучения. Анализируя годичные кольца деревьев за последние 15 000 лет, Бракенридж обнаружил одиннадцать отдельных пиков углерода-14, каждый из которых может соответствовать событию сверхновой.
Дополнительные исследования должны позволить уточнить эту модель, в частности, путем сопоставления этих дендрохронологических данных с данными, полученными из ледяных кернов. Лучшее понимание этих корреляций может усилить возможности прогнозирования, поскольку Бетельгейзе, красный сверхгигант, расположенный на расстоянии около 700 световых лет, может превратиться в сверхновую в течение 100 000 лет.