Вспышки сверхновых являются самыми мощными взрывами во Вселенной. Они происходят во время последних дней жизни красных сверхгигантов или когда в белом карлике начинается процесс термоядерного синтеза. Звезда, в свою очередь, либо разрушается с образованием нейтронной звезды или черной дыры. Иногда она может быть просто полностью аннигилирована. Максимальная яркость сверхновой звезды сравнивается с яркостью целой галактики.
Иллюстрация Млечного Пути относительно Земли, где в результате взрыва сверхновой звезды космические лучи достигают высоких энергий. Credit: H. Svensmark/DTU Space.
Теперь стало известно, что эти необычные события могли отчасти послужить причиной возникновения жизни на Земле в привычном для нас виде.
Данные, опубликованные в научном журнале Geophysical Research Letters, демонстрируют тесную взаимосвязь между содержанием органических веществ в осадочных породах, образовавшихся в результате взрыва сверхновых, и частотой их образования. Наличие этой связи свидетельствует о том, что сверхновые создали необходимые условия для появления жизни на нашей планете.
Согласно результатам исследования, в случаях возникновения большого количества вспышек сверхновых, возникли условия для формирования холодного климата, а также появились значительные колебания температуры между экватором и полюсами Земли. В результате этих перепадов возникли ветра различной скорости и океанические течения - два очень важных фактора для доставки питательных веществ в биологические экосистемы. Высокая концентрация биогенного вещества способствовала увеличению биопродуктивности, а также более широкому распределению органических веществ в осадочных породах.
"Захватывающим моментом может быть то, что перемещение органики в осадочные породы косвенно способствовало синтезу кислорода", - отметил старший научный сотрудник Хенрик Свенсмарк из Технического университета Дании, главный автор проекта. "В процессе фотосинтеза из света, воды и углекислого газа получается кислород и сахариды. Однако если органический материал не переносится в осадочные породы, кислород и органические вещества превращаются в CO2 и воду. Осаждение органического слоя предотвращает образование обратной реакции. Так что взрывы сверхновых косвенно контролировали процессы генерации кислорода, а кислород - это основа всей жизни на Земле".
За последние 500 миллионов лет частота образования сверхновых идеально совпадала с показателями концентрации биогенных веществ на нашей планете. Согласно исследованию, оценить долю органического материала, содержащегося в отложениях, можно путем расчета соотношения углерода-13 и углерода-12. Поскольку жизнь предпочла более легкий изотоп углерода-12, то изменение количества биомассы в Мировом океане привело бы и к изменению соотношения между углеродом-12 и углеродом-13.
Предполагается, что жизнь на Земле зародилась благодаря появлению сверхновых, но что же является причиной этих взрывов, способных перемещаться со скоростью от 10 000 до 25 000 миль (16 000-40 000 километров) в секунду? Вспышка сверхновой происходит при определенных изменениях в ядре звезды. Эти процессы могут происходить по двум разным сценариям, и оба приводят к очень, очень мощному взрыву.
Первый тип сверхновых происходит в бинарных звездных системах. Бинарные звезды - это две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс. Одна из звезд, углеродно-кислородный белый карлик, поглощает вещество у своей звезды-компаньона. В конце концов, белый карлик накапливает слишком много материи. Слишком большое количество этой материи заставляет звезду взорваться, что приводит к возникновению сверхновой звезды. Второй тип сверхновых происходит в конце жизни одной звезды. По мере того как запасы термоядерного топлива приближаются к концу, часть массы звезды перетекает в ее ядро. В конце концов, ядро звезды становится настолько тяжелым, что не может противостоять собственной гравитации, что приводит к его разрушению. Результатом этого становится гигантская вспышка сверхновой.
Предыдущие анализы Свенсмарка и его коллег показали, что ионы способствуют образованию и развитию атмосферы, тем самым влияя на состав облаков. Поскольку облака могут регулировать солнечную энергию, которая достигает поверхности Земли, связь космических лучей с облаками важна для климата. Наблюдения показывают, что климат планеты меняется при изменении величины космических лучей. Частота возникновения сверхновых может отличаться на несколько сотен процентов в геологических временных масштабах, и вызванные этим перемены климата очень заметны.
"Когда происходит взрыв массивных звезд, они производят космические лучи, состоящие из элементарных частиц огромной мощности", - сказал Свенсмарк. "Космические лучи проникают в нашу Солнечную систему, и некоторые из них заканчивают свой путь, сталкиваясь с атмосферой Земли. Именно они вызывают процесс ионизации атмосферы".
Над днях ученые из Астрономического института Каптейна при Гронингенском университете в Нидерландах заявили что открыли ещё одну галактику с крайне малым содержанием тёмной материи - самого неуловимого вещества во Вселенной.
Другой группе исследователей Калифорнийского университета в Беркли удалось в режиме реального времени изучать процессы протекающие в результате гибели красного сверхгиганта и началом формирования сверхновой звезды.
