Большинство учёных согласны с тем, что взрывы сверхновых повлияли на климат Земли, хотя детали этого не совсем ясны. Скорее всего, они охлаждали климат несколько раз за последние несколько тысяч лет, как раз в то время, когда по всему миру зарождалось человечество. Доказательства видно в телескопы и по кольцам деревьев.
Мы живём в четвертичном периоде, который начался 2,58 миллиона лет назад и длится до наших дней. Четвертичный период характеризуется климатическими и экологическими изменениями, в первую очередь ледниковыми периодами. Четвертичный период также охватывает существование и эволюцию человека от ранних гоминид до нашего вида.
Новое исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, рассматривает роль, которую сыграли взрывы сверхновых в климатических изменениях четвертичного периода. Исследование называется «Позднечетвертичные сверхновые в истории Земли», а его автором является Роберт Бракенридж. Он старший научный сотрудник Института арктических и альпийских исследований при Университете Колорадо.
Позднечетвертичный период можно условно определить как период времени с 50 000 лет назад до наших дней. Он характеризуется несколькими резкими, драматическими изменениями климата Земли. К ним относятся старший дриас и младший (поздний) дриас — резкие переходы к более холодному климату, когда на Земле наблюдалось потепление после последнего ледникового периода, в конце эпохи плейстоцена.
Существует несколько способов, с помощью которых сверхновые могут охладить климат Земли. Они могут ослабить или разрушить озоновый слой Земли, что позволит большему количеству ультрафиолетовых лучей достигать поверхности. Это приводит к побочным эффектам, которые могут вызвать похолодание. Сверхновые также способствуют похолоданию, разлагая атмосферный метан — парниковый газ. Основной способ, которым сверхновые могут охладить климат Земли, — это увеличить облачный покров.
Идея о том, что сверхновые могут быть ответственны за резкие климатические сдвиги, подтверждается данными, полученными из колец деревьев. Деревья поглощают три изотопа углерода — углерод-12 (12C), углерод-13 (13C) и углерод-14 (14C). Когда исследователи изучают древние кольца деревьев, они обнаруживают разное соотношение изотопов углерода в разных кольцах. 12С и 13С — стабильные изотопы, а 14С — нет. 14C постоянно образуется в верхних слоях атмосферы.
Когда сверхновые взрываются, они посылают высокоскоростные энергичные частицы во все стороны. Когда некоторые из них достигают Земли, они сталкиваются с азотом в атмосфере и порождают изотоп 14C. Из-за этого уровень 14C в атмосфере подскакивает, когда рядом (в астрономическом смысле) взрывается сверхновая.
Кольца деревьев можно датировать, и когда учёные обнаруживают в них повышенное содержание 14C, это указывает на то, что где-то поблизости в определённое время произошёл взрыв сверхновой.
Однако не всё так однозначно, и не все исследователи согласны с тем, что мы можем связать кольца деревьев со сверхновыми. События Мияке также вызывают всплеск 14C, который можно обнаружить в кольцах деревьев, но они вызваны Солнцем. Однако идея о том, что сверхновые могут быть ответственны за 14C и климатические сдвиги, не проходит бесследно.
"В истории Земли были резкие изменения окружающей среды. Мы видим эти изменения, — говорит автор исследования Бракенридж. — Так что же их вызвало?»
Этот вопрос звучит сейчас, когда мы пытаемся понять нашу собственную историю и то, что может ждать Землю в будущем. «Когда в будущем взорвутся близкие к нам сверхновые, радиация может оказать довольно сильное влияние на человеческое общество», — сказал Бракенридж. «Мы должны выяснить, действительно ли они вызывали изменения в окружающей среде в прошлом».
Кольца деревьев и углерод-14 — это лишь часть истории. Другую часть рассказывают наши мощные телескопы, которые исследуют небеса. Когда звёзды взрываются, превращаясь в сверхновые, они не просто исчезают. Они оставляют после себя остатки — расширяющуюся ударную волну из материала мёртвой звезды и потревоженной межзвёздной среды, которая освещается взрывом и, после определённых типов сверхновой — белый карлик.
Остатки сверхновых — одни из самых красивых проявлений природы. Самым известным из них является Крабовидная туманность, остаток сверхновой 1054 года. Крабовидная туманность стала первым астрономическим объектом, который удалось связать с исторической сверхновой.
С ростом мощности наших телескопов учёные узнали много нового об излучении, которое исходит от сверхновых. Но всё труднее понять, как именно это излучение взаимодействовало с Землёй и влияло на её климат. Пока нет чёткого представления о том, на каком расстоянии от Земли может находиться сверхновая и как она может повлиять на неё.
«Все известные позднечетвертичные сверхновые находятся гораздо дальше, чем окрестности Солнечной системы», — пишет автор в своём исследовании. «Сверхновые на расстоянии >0,1 кпк иногда считались слишком удалёнными, чтобы повлиять на биосферу и атмосферу Земли». Бракенридж объясняет, что этот вывод касается катастрофических событий. «Такой критерий не подходит для позднечетвертичного времени, поскольку не известно ни одного события глобального вымирания, сравнимого, например, с поздним ордовиком и меловым-третичным периодом», — поясняет он, упоминая два крупнейших вымирания Земли.
«Вместо этого существует множество свидетельств глобальных климатических изменений меньшего масштаба, а также крупных событий, связанных с вымиранием млекопитающих», — объясняет Бракенридж. «Таким образом, с нынешними знаниями невозможно исключить возможность того, что сверхновые на расстоянии 0,1 кпк вызывают значительные эффекты, наблюдаемые в позднечетвертичных записях».
В этом исследовании Бракенридж создал новую модель того, как излучение сверхновых влияет на атмосферу планеты.
Сейчас на Землю не воздействуют никакие сверхновые, поэтому Брекенридж проверил модель единственным доступным способом: с помощью колец деревьев. Он изучил кольца деревьев за последние 15 000 лет и обнаружил в них 11 углеродных пиков. В итоге он определил, что четыре сверхновые могли повлиять на климат Земли в позднечетвертичный период. «События, о которых мы знаем, произошли на Земле в нужное время и с нужной интенсивностью», — говорит Бракенридж.
Остаток сверхновой Хоинга тесно связан с резким похолоданием в эпоху среднего дриаса около 14 000 лет назад.
Остаток сверхновой в Парусах связан с похолоданием в эпоху Младшей Дриады около 12 000 лет назад.
Два других события, вызвавшие повышение C14, крупнейшие в голоцене, произошедшие около 9 000 и 7 000 лет назад, также тесно связаны с близлежащими сверхновыми.
Старший и младший дриасы затронули наших предков-людей, которые боролись за выживание. Младший дриас был особенно тяжёлым для людей, численность которых в это время значительно сократилась. Возможно, сегодняшние технологии немного смягчат влияние подобных климатических изменений на нас, но настолько быстрые климатические сдвиги всё же могут стать катастрофой для цивилизации в том виде, в котором мы её знаем.
Кольца деревьев и телескопы — не единственные свидетельства того, как сверхновые мог повлиять на Землю. Есть ещё осадочные породы, ледяные керны и другие свидетельства. Сложность заключается в том, чтобы собрать всё это воедино и понять, как именно шла история планеты.
Другая задача – оглянуться и определить, какие ближайшие звёзды могут вот-вот взорваться и какую угрозу они могут представлять для климата. Не исключено, что мы снова окажемся в сложной ситуации выживания, как это было у наших предков.
«По мере того как мы узнаём всё больше о соседних звёздах, наши возможности для предсказаний действительно расширяются», — говорит Бракенридж. «Потребуется больше моделирования и наблюдений со стороны астрофизиков, чтобы полностью понять, насколько Земля подвержена таким событиям».