چگونه یک ابرنواختر در همان نزدیکی نشان خود را بر زندگی زمین گذاشت؟

هنگامی که یک ستاره پرجرم به عنوان یک ابرنواختر منفجر می شود، چیزی بیش از آزاد کردن مقدار خارق العاده ای از انرژی است. انفجار ابرنواخترها مسئول ایجاد برخی از عناصر سنگین از جمله آهن است که در اثر انفجار به فضا منفجر می شود. بر روی زمین، دو انباشته از ایزوتوپ آهن Fe60 در رسوبات کف دریا وجود دارد که دانشمندان ردیابی آن ها را حدود دو یا سه میلیون سال پیش و حدود پنج تا شش میلیون سال پیش می دانند.

انفجارهایی که آهن را ایجاد کرد، تابش کیهانی را نیز به زمین وارد کرد.

در تحقیقات جدید ارائه شده به Astrophysical Journal Letters، دانشمندان بررسی می کنند که چقدر انرژی از این انفجارها به زمین رسیده است و چگونه ممکن است این تشعشعات بر زندگی روی زمین تأثیر بگذارد. این مقاله با عنوان ‘زندگی در حباب: چگونه یک ابرنواختر در نزدیکی خود ردپایی زودگذر در طیف پرتوهای کیهانی و آثار پاک نشدنی بر زندگی بر جای گذاشت.’ نویسنده اصلی کیتلین نوجیری از UC Santa Cruz است.

نویسندگان می نویسند: ‘زندگی روی زمین به طور مداوم تحت قرار گرفتن مداوم در معرض تشعشعات یونیزان از هر دو منشاء زمینی و کیهانی در حال تکامل است.’ تشعشعات زمینی به آرامی در طی میلیاردها سال کاهش می یابد. اما نه تشعشعات کیهانی. مقدار تشعشعات کیهانی که زمین در معرض آن قرار می گیرد با حرکت منظومه شمسی ما در کهکشان متفاوت است. آنها می نویسند: «فعالیت ابرنواخترهای نزدیک (SN) این پتانسیل را دارد که سطوح تشعشعات در سطح زمین را با چندین مرتبه بزرگی افزایش دهد، که انتظار می رود تأثیر عمیقی بر تکامل حیات داشته باشد.

نویسندگان توضیح می‌دهند که تجمع دو میلیون ساله مستقیماً از یک انفجار ابرنواختری است و تجمع قدیمی‌تر مربوط به زمانی است که زمین از یک حباب عبور کرده است.

حباب در عنوان مطالعه از نوع خاصی از ستاره به نام ستاره های OB می آید. ستارگان OB ستارگانی پرجرم، داغ و با عمر کوتاه هستند که معمولاً به صورت گروهی تشکیل می شوند. این ستارگان بادهای خروجی قدرتمندی از خود ساطع می کنند که ‘حباب’ گاز داغ را در محیط بین ستاره ای ایجاد می کند. منظومه شمسی ما درون یکی از این حباب ها به نام حباب محلی قرار دارد که تقریباً ۱۰۰۰ سال نوری عرض دارد و چندین میلیون سال پیش ایجاد شده است.

زمین حدود پنج یا شش میلیون سال پیش وارد حباب محلی شد، که انباشت Fe60 قدیمی‌تر را توضیح می‌دهد. به گفته نویسندگان، تجمع جوانتر Fe60 مربوط به دو یا سه میلیون سال پیش مستقیماً از یک ابرنواختر است.

این احتمال وجود دارد که اوج 60Fe در حدود ۲-۳ Myr از یک ابرنواختر رخ داده در انجمن لوپوس قنطورس بالایی در Scorpius Centaurus ( 140 pc) یا انجمن Tucana Horologium ( 70 pc) سرچشمه گرفته باشد. در حالی که قله ۵-۶ Myr به احتمال زیاد به ورود منظومه شمسی به حباب نسبت داده می شود.

حباب محلی مکان آرامی نیست. برای ایجاد آن چندین ابرنواختر لازم بود. نویسندگان می نویسند که برای ایجاد LB 15 انفجار SN در ۱۵ میلیون سال گذشته طول کشیده است. آنها می نویسند: ‘ما از بازسازی تاریخ LB می دانیم که حداقل ۹ SN در طول ۶ Myrs گذشته منفجر شده است.’

محققان تمام داده ها را گرفتند و میزان تابش چند SNe در LB را محاسبه کردند. آنها می نویسند: معلوم نیست که اثرات بیولوژیکی چنین دوزهای تشعشعی چه خواهد بود، اما در مورد برخی احتمالات بحث می کنند.

دوز تابش ممکن است به اندازه کافی قوی بوده باشد که شکستگی های دو رشته ای در DNA ایجاد کند. این آسیب شدید است و می تواند منجر به تغییرات کروموزومی و حتی مرگ سلولی شود. اما اثرات دیگری از نظر توسعه حیات روی زمین وجود دارد.

محققان می نویسند: «شکست های دو رشته ای در DNA به طور بالقوه می تواند منجر به جهش در تنوع گونه ها شود. یک مقاله در سال ۱۴۰۳ نشان داد که ‘نرخ تنوع ویروس در دریاچه تانگانیکای آفریقا ۲ تا ۳ مایر پیش افزایش یافت.’ آیا این می تواند به تابش SN متصل شود؟

نویسندگان می‌گویند: «درک بهتر این موضوع جذاب است که آیا این را می‌توان به افزایش دوز تشعشع کیهانی که پیش‌بینی می‌کنیم در آن دوره اتفاق بیفتد نسبت داد».

تابش SN به اندازه کافی قدرتمند نبود که باعث انقراض شود. اما می تواند به اندازه کافی قدرتمند باشد که جهش های بیشتری را ایجاد کند، که می تواند به تنوع گونه های بیشتر منجر شود.

تابش همیشه بخشی از محیط است. با وقوع رویدادها و حرکت زمین در کهکشان بالا و پایین می رود. به نوعی، باید بخشی از معادله ای باشد که تنوع حیات را در سیاره ما ایجاد کرد.

بنابراین، مسلم است که تشعشعات کیهانی یک عامل محیطی کلیدی هنگام ارزیابی قابلیت حیات و تکامل حیات روی زمین است، و سوال کلیدی مربوط به آستانه ای است که تشعشع به عنوان یک محرک مطلوب یا مضر در هنگام بررسی تکامل گونه ها است. نویسندگان در نتیجه گیری خود می نویسند.

متأسفانه، ما دقیقاً نمی‌دانیم که تشعشع چگونه بر زیست‌شناسی تأثیر می‌گذارد، چه آستانه‌هایی ممکن است وجود داشته باشند، و چگونه ممکن است در طول زمان تغییر کنند. نوجیری و همکارانش می نویسند: «آستانه دقیق را تنها می توان با درک روشنی از اثرات بیولوژیکی تشعشعات کیهانی (به ویژه میون هایی که در سطح زمین غالب هستند) تعیین کرد که بسیار ناشناخته باقی می ماند.

این مطالعه نشان می دهد که، چه ما بتوانیم آن را در زندگی روزمره ببینیم یا نه، یا حتی اگر از آن آگاه باشیم یا نه، محیط فضایی ما نیروی قدرتمندی بر زندگی زمین اعمال می کند. تشعشعات SN می‌توانند بر میزان جهش در زمان‌های حساس در طول تاریخ زمین تأثیر بگذارند و به شکل‌گیری تکامل کمک کنند.

بدون انفجارهای ابرنواختر، زندگی روی زمین می تواند بسیار متفاوت به نظر برسد. خیلی چیزها باید درست پیش می رفت تا ما اینجا باشیم. شاید در گذشته های دور، انفجارهای ابرنواختری در زنجیره تکاملی که به ما منتهی می شود، نقش داشته باشند.