Сверхновые возникают, когда у звезд, гораздо более массивных, чем Солнце, заканчиваются запасы ядерного топлива и они больше не могут противостоять собственной гравитации. В результате полного гравитационного коллапса образуется либо нейтронная звезда, либо черная дыра, а также взрыв энергии и высокоскоростных частиц, которые в некоторых случаях могут пересечь звездные системы и целые галактики.

По оценкам специалистов, если бы сверхновая вспыхнула в радиусе 30 световых лет от нашей планеты, наша атмосфера была бы разорвана, и все живое на Земле погибло бы. Таким образом, вполне логично, что если бы массивная звезда вспыхнула в сотнях световых лет от Земли, этот космический взрыв, возможно, не был бы смертельным, но мог бы привести к экстремальным изменениям в нашей атмосфере, говорят астрономы.

«В истории Земли есть резкие изменения окружающей среды, — сказал в своем заявлении автор исследования, старший научный сотрудник Института арктических и альпийских исследований Роберт Бракенридж. Это совершенно точно, мы видим эти изменения. Так что же их вызвало?

«Когда в будущем произойдут близкие сверхновые, радиация может оказать довольно сильное влияние на человеческое общество. Мы должны выяснить, действительно ли они вызывали изменения в окружающей среде в прошлом».

Бракенридж — едва ли не первый, кто рассматривает возможность воздействия сверхновых на атмосферу Земли в прошлом и будущем.

Однако в прошлых исследованиях основное внимание уделялось физике, лежащей в основе таких инцидентов. Вместо этого Бракенридж попытался применить эти теории к эмпирическим свидетельствам подобных событий, наблюдаемых как на Земле, так и в космосе.

Кольца деревьев скрывают запись взрывов сверхновых

Прежде всего, Бракенридж обратился к данным мощных космических телескопов, которые уже давно собирают информацию о характеристиках сверхновых.

Это помогло исследователю построить более подробную модель взаимодействия излучения сверхновой с атмосферой Земли, чем это было возможно ранее.

Новая модель показала, что внезапный всплеск высокоэнергетических фотонов — частиц света — от сверхновой может разъесть озоновый слой Земли. Это важно, поскольку озоновый слой защищает нашу планету от вредного излучения Солнца.

Без этой защиты солнечная радиация начала бы разрушать метан в стратосфере, втором по высоте слое земной атмосферы. Эта молекула является одной из основных движущих сил парникового эффекта Земли. Это означает, что при уменьшении количества метана парниковый эффект будет ослаблен, что приведет к похолоданию Земли.

В свою очередь, это приведет к тому, что Земля будет получать больше высокоэнергетического ультрафиолетового излучения от Солнца, которое может быть крайне вредным для жизни. Таким образом, по прогнозам Бракенриджа, последующими последствиями бомбардировки Земли излучением сверхновой могут стать вымирание животных, усиление лесных пожаров и глобальное похолодание.

Тот факт, что в настоящее время Земля не подвергается бомбардировке излучением близкой сверхновой (тьфу-тьфу-тьфу!), означает, что эту модель нельзя проверить в реальном времени. Поэтому Брекенридж обратился к геологической летописи Земли в поисках прошлых инцидентов.

Особенно полезными для ученого оказались кольца деревьев, по которым можно определить древние атмосферные условия. Это связано с тем, что деревья впитывают углерод из атмосферы в свои стволы, внутри которых по мере роста дерева образуются кольца, а излучение сверхновых, бомбардирующих Землю, должно приводить к увеличению радиоактивных изотопов углерода в атмосфере нашей планеты.

Брекенридж изучил записи о кольцах деревьев за 15 000 лет и обнаружил 11 характерных всплесков радиоактивного углерода. По мнению исследователя, эти всплески могут соответствовать 11 случаям, когда Земля подвергалась взрыву сверхновой.

«События, о которых мы знаем, происходили на Земле в нужное время и с нужной интенсивностью», — говорит Бракенридж.

В настоящее время ученый не может быть полностью уверен в том, что эти всплески связаны со сверхновыми.

Еще один возможный виновник этих всплесков, который необходимо исключить, — вспышки на Солнце. Чтобы исключить эту возможность, исследователи могут перепроверить результаты изучения колец деревьев с доказательствами, хранящимися в других геологических источниках, таких как ледяные керны и осадочные породы со дна океана.

Дальнейшее изучение возможной связи между излучением сверхновых и атмосферой Земли может помочь человечеству подготовиться к будущим событиям.

Это может стать особенно актуальным, когда ближайшая красная звезда-гигант Бетельгейзе, расположенная на расстоянии около 700 световых лет, станет сверхновой. По прогнозам, это произойдет в течение ближайших 100 000 лет.

«По мере того как мы узнаем все больше о наших ближайших соседних звездах, возможности для прогнозирования действительно появляются», — заключил Бракенридж. «Потребуется больше моделирования и наблюдений со стороны астрофизиков, чтобы полностью понять, насколько Земля подвержена таким событиям».

Исследование команды было опубликовано в июньском выпуске Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.