Значительная часть тяжёлых элементов во Вселенной создаётся во время взрывов Сверхновых. В образцах тихоокеанской земной коры обнаружили радиоактивные изотопы, происходящие от вспышек сверхновых звёзд. Удалось выделить два пика потока изотопов железа-60 (60Fe) на Землю за последние 10 миллионов лет, которые сопровождались также появлением изотопов плутония 244Pu. Астрофизики связывают их со взрывами сверхновых вблизи Солнечной системы 2,5 и 6,3 миллиона лет назад на расстоянии от 50 до 100 парсек.
Все природные нуклиды тяжелее железа создаются в ядерных реакциях захвата нейтронов в звёздной среде. Около половины этих нуклидов синтезируется медленно как побочный продукт звёздного нуклеосинтеза (s-процессы), но другая часть ядер тяжёлых элементов образуется в быстрых, или r-процессах под действием коротких и очень интенсивных потоков нейтронов. Предполагается, что это происходит в двух возможных типах событий — при взрыве определённых видов Сверхновых или при слиянии нейтронных звёзд. Какой из этих источников более важен для создания тяжёлых элементов — ещё неясно, и у астрофизиков единого мнения нет. Эти радионуклиды путешествуют в межзвёздной среде, могут достигать Земли и откладываться в её породах. Радиоактивные изотопы с известными периодами полураспада могут дать дополнительную информацию о времени таких событий.
Местный Пузырь и ближайшие звёзды.
Солнечная система расположена внутри крупной структуры под названием Местный пузырь (Local Bubble) — области размером около 300 световых лет с пониженной плотностью межзвёздного газа. Эта структура была сформирована взрывами сверхновых в течение последних 12 миллионов лет. Предполагается, что это были взрывы 14—20 Сверхновых из ассоциации Скорпиона-Центавра, остатки которых потом улетучились из пузыря. Частицы пыли из межзвёздной среды, проходящие через Солнечную систему, сохраняют следы этих событий.
Такая Сверхновая, взрыв которой ожидается в скором, по космическим меркам, времени — Бетельгейзе в созвездии Ориона, одна из самых ярких звёзд на небе. Но она находится намного дальше (около 300 парсек) расстояния, на котором, как считают, взрывы Сверхновых могут существенно повлиять на Землю. Кроме того, не факт, что она вообще взорвётся. Подробнее про Бетельгейзе и вопросы к сверхновым на её примере см. отдельную большую статью на сайте «ХХ2 век».
Период полураспада изотопа железа-60 — 2,6 миллиона лет. Таким образом, первичные запасы этих элементов, попавших на Землю в процессе её образования, уже исчезли за 4,6 миллиарда лет существования Солнечной системы. Но эти изотопы могут формироваться в массивных звёздах и выбрасываться во время взрывов Сверхновых. В таких взрывах образуются и другие радионуклиды, в частности, плутоний-244. Его период полураспада намного больше, чем у 60Fe — 80,6 миллиона лет. Поэтому этот элемент, обнаруженный на Земле, мог создаваться в более древних космических событиях, которые не относятся к сравнительно близкому по времени образованию Местного пузыря. Планетологи Австралийского национального университета искали радиоактивные «космические» изотопы в образцах тихоокеанской земной коры. Отбор проб вёлся на глубине 1500 м под уровнем моря, а время формирования породы охватывает последние 10 миллионов лет. Анализ изотопного состава проводился при помощи масс-спектрометрии на ускорителе тяжёлых ионов Австралийского университета. В новой статье в Science распределение концентрации радиоактивных изотопов в океанских породах авторы связывают с несколькими близкими вспышками Сверхновых.
Образец земной коры со дна Тихого Океана.
Всего в 24 образцах обнаружили 435 атомов изотопа железа 60Fe. Пики сигналов от железа отвечают двум максимальным потокам изотопов 2,5 и 6,3 миллиона лет назад. Также удалось найти 181 атом плутония 244Pu. Это может указывать на несколько взрывов близких сверхновых за последние 10 миллионов лет. Либо Земля попала под поток вещества от их выбросов, или, по другому сценарию, Солнечная система могла пройти через облака пыли, обогащённые радионуклидами от таких событий. По оценкам, поток радионуклидов с максимумами 2,5 и 6,3 миллиона лет назад совместим со сценарием 2—4 взрывов сверхновых на расстоянии от 50 до 100 парсек. Но отношение концентраций плутония и железа для двух пиков оказалось намного ниже, чем ожидается по нескольким моделям r-процессов в Сверхновых. Поэтому остаётся предположить, что только взрывы Сверхновых не могут объяснить наблюдаемой концентрации тяжёлых элементов в Галактике.
Эти близкие космические катаклизмы заманчиво связать со знаковыми событиями в геологической истории Земли, в частности, с очередным вымиранием видов или резким изменением климата. Массовые вымирания часто маркируют смену геологических эпох — например, переход из эры мезозоя в кайнозой 65 миллионов лет назад, который сопровождался исчезновением динозавров и наступлением эры млекопитающих. Одна из популярных гипотез связывает это событие с падением метеорита. В предлагаемой хронологии взрывов недавних сверхновых бросается в глаза совпадение последнего из событий два с половиной миллиона лет назад с переходом Земли из плиоцена в плейстоцен — первую эпоху четвертичного периода. Кроме вымирания некоторых видов, она сопровождалась охлаждением атмосферы и наступлением целой последовательности ледниковых периодов. Некоторые исследователи считают, что частицы материала от взрыва Сверхновых, достигшие Солнечной системы, могли вызвать увеличение облачного покрова в атмосфере и привести к охлаждению Земли. Аналогично к геологической летописи пробуют привязать и более давний взрыв Сверхновой шесть миллионов лет назад. Пока такие рассуждения остаются на уровне гипотез и не увязываются в стройную картину. Резкие изменения условий на Земле могут вызываться множеством других причин — например, тот же переход от плиоцена к плейстоцену сопровождался крупной инверсией магнитных полюсов. Поэтому роль прошлых или будущих взрывов Сверхновых в истории Земли ещё требует изучения.
Остатки Сверхновой N132D в Большом Магеллановом Облаке. Композитный снимок в псевдоцветах космических телескопов Spitzer и Chandra. NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA.
Источник: