一個垂死的大質量恆星不是一個和平的事件。它的外部物質在一次巨大的爆炸中爆炸出來,用高能量的伽馬射線輻射宇宙好幾年。然而,並不是只有空間暴露在這種輻射之下。新的研究表明,地球上的古樹可能包含這些天體爆炸的證據。
「這些都是極端事件,它們的潛在影響似乎與樹的年輪記錄相符,」科羅拉多大學博爾德分校的地球科學家羅伯特·布雷肯裡奇解釋說。
有趣的是,很難判斷銀河系中的恆星爆炸的頻率。幾項不同的技術表明,每個世紀應該有一到三顆本地超新星,但記錄在案的最近一次銀河系超新星觀測是在400多年前。
有證據表明,超新星可以從我們身邊經過,比如120年前爆炸的一顆恆星的殘骸。所以,我們的人類記錄很可能是不完整的,儘管我們希望能夠非常清楚地看到超新星事件,如果不是用肉眼,那就是用望遠鏡,因為隨著時間的推移,亮度會達到頂峰,然後消退。
也許我們需要更近一點的觀察才能「看到」這些超新星。
Brakenridge和他的團隊在可追溯至4萬年前的年輪中發現了可能是附近古老超新星的指紋。他們的研究結果表明,在過去的15000年裡,可能有四顆超新星離地球足夠近,在樹上留下了它們的印記。
線索在於一種被稱為碳14的放射性碳同位素的豐度。與其他自然產生的碳同位素相比,放射性碳在地球上的含量很低。
它是在太空宇宙射線的轟擊下,在高層大氣中形成的。當宇宙射線進入大氣層時,它們與當地的氮原子相互作用,引發核反應,產生放射性碳。由於宇宙射線在太空中不斷流動,地球接收到或多或少穩定的放射性碳供應。
其中一些可以在樹木的年輪中找到。時不時地,一個巨大的放射性碳穗出現在樹木的年輪中,幾年後就會凋零。由於已知宇宙射線的一個重要來源是太陽活動,這些尖峰現象通常被解釋為太陽耀斑和風暴的證據。
但Brakenridge和他的團隊認為還有另一種解釋。
「實際上只有兩種可能性:太陽耀斑或超新星,」他說。「我認為超新星假說被駁回得太快了。」
為了檢驗超新星假說的正確性,他和他的團隊打破了記錄。首先,他們列出了過去4萬年間已知的超新星的名單,可以通過它們留下的超新星殘骸來追蹤。然後,他們將這個列表與同一時期樹木年輪的放射性碳峰值記錄進行了比較。
有趣的是,他們發現離地球最近的8個超新星似乎都與一個放射性碳峰相對應。其中有四個尤其突出。
船帆座超新星大約在12300年前在距離地球800光年的地方爆炸,當時的放射性碳含量上升了3%。這顆G114.3+ 003 .3超新星是在大約7700年前在2300光年外爆炸的,當時上升了2%。
Vela Jr.的發生時間難以確定,可能發生在2800年前,與1.4%的放射性碳峰值相對應。最後,HB9在5400年前爆炸,距離地球1000到4000光年,與0.9%的放射性碳峰值相對應。
就證據而言,這在現階段還遠沒有定論。考慮到年代測定的困難,例如船帆座二世(Vela二世)超新星,就不能肯定地說放射性碳峰與爆炸絕對對應。
但研究結果確實表明,這一假設絕對值得進一步研究。
「讓我堅持下去的是,」Brakenridge說,「當我看到地球記錄時,我說,『天哪,預測和模擬的效果似乎確實存在』。」
而且,如果這個理論成立,樹木年輪將成為研究銀河系爆炸歷史的絕佳工具。他們可以幫助最終確定那些已經被證明很滑的古老超新星。反過來,這可以幫助我們對附近的超新星進行普查,從而揭示銀河系恆星爆炸的頻率。