ستارهشناسان مدتی است که میدانند ابرنواخترهای نزدیک تأثیر عمیقی بر تکامل زمین داشتهاند. برای شروع، باور بر این است که رسوبات طلا، پلاتین و دیگر فلزات سنگین روی زمین توسط ابرنواخترهای باستانی توزیع شدهاند. پرتوهای گامای قدرتمندی که در این فرآیند آزاد میشوند، میتوانند بهطور قابلتوجهی بر زندگی تأثیر بگذارند، با از بین بردن نیتروژن و اکسیژن در لایههای بالایی جو، کاهش لایه اوزون و افزایش میزان تشعشعات فرابنفش مضر که به سطح زمین میرسند. با توجه به تعداد ابرنواخترهای نزدیک به زمین که از زمان شکلگیری زمین (۴.۵ میلیارد سال پیش) رخ دادهاند، این رویدادها احتمالاً بر تکامل حیات تأثیر گذاشتهاند.
در مقالهای جدید که توسط تیمی از ستارهشناسان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز (UCSC) منتشر شده، عنوان شده که یک ابرنواختر نزدیک ممکن است در تکامل حیات روی زمین نقش داشته باشد. بر اساس یافتههای آنها، زمین حدود ۲.۵ میلیون سال پیش تحت تأثیر تشعشعات ناشی از یک ابرنواختر نزدیک قرار گرفته است. این انفجار تشعشعی بهقدری قدرتمند بوده که توانسته DNA موجودات زنده در دریاچه تانگانیکا، عمیقترین دریاچه آفریقا، را تخریب کند. به گفتهی محققان، این رویداد ممکن است با افزایش چشمگیر تعداد ویروسها در آن منطقه مرتبط باشد.
این پژوهش به سرپرستی «کیتلین نوجیری»، فارغالتحصیل اخیر گروه ستارهشناسی و اخترفیزیک UCSC، انجام شده است. او با «انریکو رامیرز-روئیز»، استاد اخترفیزیک در UCSC، و «نومی گلوبوس»، پژوهشگر فوقدکتری در UCSC و عضو مؤسسه اخترفیزیک ذرات کاولی در دانشگاه استنفورد و آزمایشگاه اخترفیزیک مهبانگ همکاری داشته است. مقالهی آنها در تاریخ 26 دی در نشریه Astrophysical Journal Letters منتشر شد.
در این مطالعه، تیم پژوهشی نمونههایی از ایزوتوپ آهن-۶۰ را که از بستر دریاچه تانگانیکا (دریاچهای به طول ۶۴۵ کیلومتر در دره گسلی بزرگ آفریقا که با کشورهای بوروندی، تانزانیا، زامبیا و جمهوری دموکراتیک کنگو هممرز است) بازیابی شده بود، بررسی کردند. آهن-۶۰ ایزوتوپی رادیواکتیو است که توسط ابرنواخترها تولید میشود و روی زمین بسیار کمیاب است. دانشمندان سن این نمونهها را با اندازهگیری میزان فروپاشی آنها به شکلهای غیررادیواکتیو تخمین زدند و دریافتند که دو گروه زمانی مجزا وجود دارد: یکی حدود ۲.۵ میلیون سال و دیگری ۶.۵ میلیون سال پیش.
گام بعدی در این پژوهش، ردیابی منشأ این ایزوتوپهای آهن بود. برای این کار، پژوهشگران حرکت خورشید را در کهکشان راه شیری بازسازی کردند. حدود ۶.۵ میلیون سال پیش، منظومه شمسی از «حباب محلی»، منطقهای با چگالی کمتر در محیط میانستارهای بازوی شکارچی (Orion Arm) کهکشان راه شیری، عبور کرد. هنگامی که منظومه شمسی وارد لبهی غنی از غبار ستارهای این حباب شد، زمین ردپای قدیمیتر آهن-۶۰ را دریافت کرد. سپس، بین ۲ تا ۳ میلیون سال پیش، یک ستارهی همسایه به ابرنواختر تبدیل شد و ردپای جوانتر آهن-۶۰ را روی زمین بر جای گذاشت.
برای تأیید این نظریه، نوجیری و همکارانش شبیهسازیای از یک ابرنواختر نزدیک به زمین انجام دادند که نشان داد این رویداد میتوانسته زمین را تا ۱۰۰,۰۰۰ سال پس از انفجار، در معرض پرتوهای کیهانی قرار دهد. این مدل با افزایش پیشتر ثبتشدهی میزان تشعشعاتی که در آن زمان به زمین برخورد کرده بود، همخوانی داشت. با توجه به شدت این تشعشعات، احتمالاً این میزان تابش برای شکستن رشتههای DNA کافی بوده است. در همین حین، نویسندگان پژوهش متوجه مطالعهای دربارهی تنوع ویروسی در یکی از دریاچههای درهی گسلی آفریقا شدند و ارتباط احتمالی میان این دو را مطرح کردند. نوجیری در یک بیانیهی خبری از دانشگاه UCSC گفت:
«بسیار شگفتانگیز است که ببینیم چنین پدیدههای دوردستی میتوانند بر زندگی ما یا قابلیت سکونت سیاره تأثیر بگذارند. آهن-۶۰ به ما کمک میکند که زمان وقوع این ابرنواخترها را ردیابی کنیم. بین ۲ تا ۳ میلیون سال پیش، احتمالاً یک ابرنواختر در نزدیکی ما رخ داده است. مطالعات دیگر نشان دادهاند که تشعشعات میتوانند به DNA آسیب بزنند، که ممکن است باعث تغییرات تکاملی یا جهشهای سلولی شود. ما نمیتوانیم بهطور قطع بگوییم که این دو پدیده به هم مرتبطاند، اما بازهی زمانی مشابهی دارند. برای ما جالب بود که همزمان با این رویداد، تنوع ویروسها افزایش یافته است.»
پس از انتشار این مقاله، نوجیری نخستین دانشجوی کارشناسی UCSC شد که به ارائهی یک سمینار در مرکز کیهانشناسی و فیزیک ذرات نجومی (CCAPP) در دانشگاه ایالتی اوهایو دعوت شد. جالب است که نوجیری در ابتدا قصد نداشت ستارهشناس شود، اما سرانجام در UCSC به این حوزه علاقهمند شد و با تشویق پروفسور رامیرز-روئیز در برنامهی UC LEADS (رهبری و برتری در تحصیلات پیشرفتهی دانشگاه کالیفرنیا) شرکت کرد. این برنامه برای شناسایی دانشجویان مستعد از پیشینههای متنوع که پتانسیل موفقیت در حوزهی STEM (علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات) را دارند، طراحی شده است.
او همچنین در برنامهی Lamat (به معنای «ستاره» در زبان مایایی) که توسط رامیرز-روئیز تأسیس شده و هدف آن آموزش پژوهش در ستارهشناسی به دانشجویان با استعداد و دارای پیشینههای غیرمتعارف است، شرکت کرد. این تجربیات نوجیری را ترغیب کرد که برای مقطع تحصیلات تکمیلی اقدام کرده و در آینده اخترفیزیکدان شود.
رامیرز-روئیز در این باره گفت:
«افرادی که از مسیرهای مختلف زندگی وارد علم میشوند، دیدگاههای متفاوتی را با خود به همراه دارند و میتوانند مسائل را به روشهای گوناگون حل کنند. این نمونهای از زیبایی داشتن دیدگاههای گوناگون در فیزیک و اهمیت شنیدن این صداها است.»