超新星爆炸或是3.59億年前地球一次物種滅絕的「元兇」!

2020-11-22 騰訊網

想像一下，借著一顆爆炸的恆星的亮光來閱讀玩耍——它比滿月還要亮——這種體驗可能很有趣，但其實，這個場景是災難的前奏，正如我們所知，當輻射摧毀生命時。研究人員說，來自附近超新星的致命宇宙射線可能是至少一次大滅絕事件的罪魁禍首，而在地球巖石記錄中發現的某些放射性同位素可以證實這一假設。

伊利諾斯大學香檳分校的天文學和物理學教授Brian Fields領導了一項新的研究，探索了3.59億年前泥盆紀和石炭紀之間的一次物種滅絕事件與天文事件有關的可能性。這篇論文發表在《美國國家科學院院刊》上。

研究小組集中研究了泥盆紀-石炭紀的界線，因為這些巖石中含有成千上萬代的植物孢子，它們似乎被紫外線曬傷了——這是長期臭氧消耗事件的證據。

「在地球上的災難，如大規模的火山活動和全球變暖，也可以破壞臭氧層，但這些證據是不確定的時間間隔的問題。」菲爾茲說，「相反，我們認為，距離地球約65光年的一次或多次超新星爆炸，可能是造成臭氧長期喪失的原因。」

研究論文的合著者、研究生阿德裡安娜·埃爾特爾說:「為了更準確地理解這一點，今天最接近的超新星威脅之一來自參宿四，它距離我們超過600光年，遠在25光年的殺傷距離之外。」

該小組還探索了臭氧損耗的其它天體物理原因，如隕石撞擊、太陽噴發和伽馬射線爆發。「但這些事件很快就會結束，不太可能像泥盆紀末期那樣造成持續時間較長的臭氧消耗。」研究合著者、研究生傑西·米勒(Jesse Miller)說。

研究人員說，另一方面，超新星會產生雙重衝擊。爆炸立即使地球沐浴在破壞性的紫外線、x射線和伽馬射線中。隨後，超新星碎片的爆炸衝擊到太陽系，使行星長期受到由超新星加速的宇宙射線的輻射。對地球及其臭氧層的破壞可以持續10萬年之久。

然而，化石證據表明，30萬年的生物多樣性下降導致了泥盆紀-石炭紀的大滅絕，這意味著可能會發生多次災難，甚至可能發生多次超新星爆炸。「這是完全可能的。」米勒說，「大質量恆星通常與其它大質量恆星一起出現在星團中，而其它超新星很可能在第一次爆炸後不久就會出現。」

該小組表示，證明超新星發生的關鍵是在滅絕時期的巖石和化石中找到放射性同位素鈽-244和釤-146。「這兩種同位素今天在地球上都不是自然存在的，它們到達地球的唯一途徑是通過宇宙爆炸。」論文合著者、本科生Zhenghai Liu說。

在超新星中產生的放射性物質就像綠香蕉，菲爾茲說，「當你在伊利諾斯州看到綠香蕉時，你就知道它們是新鮮的，你也知道它們不是生長在這裡的。像香蕉一樣，鈽-244和釤-146會隨著時間的推移而腐爛。因此，如果我們今天在地球上發現這些放射性同位素，我們就知道它們是新鮮的，而不是來自這裡——同位素世界中的綠香蕉——因此也就知道它們是附近超新星冒著熱氣的槍。」

研究人員尚未在泥盆紀-石炭紀界線的巖石中尋找鈽-244和釤-146。菲爾茲的研究小組表示，他們的研究目的是確定地質記錄中的證據模式，以確定超新星爆炸的證據模式。

「我們研究的主要信息是，地球上的生命並不是孤立存在的。」菲爾茲說，「我們是更大宇宙的公民，宇宙介入我們的生活——通常是不知不覺的，而有時是兇猛的。」

此前，美國堪薩斯州沃希本大學天體物理學家布萊恩·託馬斯在一項研究中提出，大約250萬年前和800萬年前附近的兩顆超新星爆炸，可能導致地球臭氧層分層次消耗，對地球上的生命造成各種影響。

特別是在250萬年前，地球發生了巨大的變化。上新世是一個炎熱而溫和的時代，它結束了，而更新世，一個重複冰川期被稱為冰河時代，開始了。地球軌道的自然變化和擺動可能是氣候變化的原因，但同時發生的超新星事件可以提供這一時期生命多樣性的見解。

這顆超新星被認為發生在距離地球163到326光年(50-100秒差距)之間。從這個角度看，離我們最近的恆星鄰星比鄰星(Proxima Centauri)離我們4.2光年。

託馬斯研究了來自超新星的宇宙射線通過大氣層傳播到地球表面的過程，他認為特別是在非洲，從更多的森林變成了更多的草原。物種豐度在上新世-更新世邊界發生了變化。雖然沒有發生大規模的物種滅絕，但總的來說，物種滅絕的比率更高，形成更多的物種，植被也發生了變化。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https://phys.org/news/2020-08-stars-mass-extinction-earth.html

https://www.pnas.org/content/early/2020/08/17/2013774117

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