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超新星爆炸或是3.59亿年前地球一次物种灭绝的“元凶”!

2020-08-20 15:08 前瞻网   
超新星爆炸或是3.59亿年前地球一次物种灭绝的“元凶”!

想象一下,借着一颗爆炸的恒星的亮光来阅读玩耍——它比满月还要亮——这种体验可能很有趣,但其实,这个场景是灾难的前奏,正如我们所知,当辐射摧毁生命时。研究人员说,来自附近超新星的致命宇宙射线可能是至少一次大灭绝事件的罪魁祸首,而在地球岩石记录中发现的某些放射性同位素可以证实这一假设。

伊利诺斯大学香槟分校的天文学和物理学教授Brian Fields领导了一项新的研究,探索了3.59亿年前泥盆纪和石炭纪之间的一次物种灭绝事件与天文事件有关的可能性。这篇论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

研究小组集中研究了泥盆纪-石炭纪的界线,因为这些岩石中含有成千上万代的植物孢子,它们似乎被紫外线晒伤了——这是长期臭氧消耗事件的证据。

“在地球上的灾难,如大规模的火山活动和全球变暖,也可以破坏臭氧层,但这些证据是不确定的时间间隔的问题。”菲尔兹说,“相反,我们认为,距离地球约65光年的一次或多次超新星爆炸,可能是造成臭氧长期丧失的原因。”

研究论文的合著者、研究生阿德里安娜·埃尔特尔说:“为了更准确地理解这一点,今天最接近的超新星威胁之一来自参宿四,它距离我们超过600光年,远在25光年的杀伤距离之外。”

该小组还探索了臭氧损耗的其它天体物理原因,如陨石撞击、太阳喷发和伽马射线爆发。“但这些事件很快就会结束,不太可能像泥盆纪末期那样造成持续时间较长的臭氧消耗。”研究合著者、研究生杰西·米勒(Jesse Miller)说。

研究人员说,另一方面,超新星会产生双重冲击。爆炸立即使地球沐浴在破坏性的紫外线、x射线和伽马射线中。随后,超新星碎片的爆炸冲击到太阳系,使行星长期受到由超新星加速的宇宙射线的辐射。对地球及其臭氧层的破坏可以持续10万年之久。

然而,化石证据表明,30万年的生物多样性下降导致了泥盆纪-石炭纪的大灭绝,这意味着可能会发生多次灾难,甚至可能发生多次超新星爆炸。“这是完全可能的。”米勒说,“大质量恒星通常与其它大质量恒星一起出现在星团中,而其它超新星很可能在第一次爆炸后不久就会出现。”

该小组表示,证明超新星发生的关键是在灭绝时期的岩石和化石中找到放射性同位素钚-244和钐-146。“这两种同位素今天在地球上都不是自然存在的,它们到达地球的唯一途径是通过宇宙爆炸。”论文合著者、本科生Zhenghai Liu说。

在超新星中产生的放射性物质就像绿香蕉,菲尔兹说,“当你在伊利诺斯州看到绿香蕉时,你就知道它们是新鲜的,你也知道它们不是生长在这里的。像香蕉一样,钚-244和钐-146会随着时间的推移而腐烂。因此,如果我们今天在地球上发现这些放射性同位素,我们就知道它们是新鲜的,而不是来自这里——同位素世界中的绿香蕉——因此也就知道它们是附近超新星冒着热气的枪。”

研究人员尚未在泥盆纪-石炭纪界线的岩石中寻找钚-244和钐-146。菲尔兹的研究小组表示,他们的研究目的是确定地质记录中的证据模式,以确定超新星爆炸的证据模式。

“我们研究的主要信息是,地球上的生命并不是孤立存在的。”菲尔兹说,“我们是更大宇宙的公民,宇宙介入我们的生活——通常是不知不觉的,而有时是凶猛的。”

此前,美国堪萨斯州沃希本大学天体物理学家布莱恩·托马斯在一项研究中提出,大约250万年前和800万年前附近的两颗超新星爆炸,可能导致地球臭氧层分层次消耗,对地球上的生命造成各种影响。

特别是在250万年前,地球发生了巨大的变化。上新世是一个炎热而温和的时代,它结束了,而更新世,一个重复冰川期被称为冰河时代,开始了。地球轨道的自然变化和摆动可能是气候变化的原因,但同时发生的超新星事件可以提供这一时期生命多样性的见解。

这颗超新星被认为发生在距离地球163到326光年(50-100秒差距)之间。从这个角度看,离我们最近的恒星邻星比邻星(Proxima Centauri)离我们4.2光年。

托马斯研究了来自超新星的宇宙射线通过大气层传播到地球表面的过程,他认为特别是在非洲,从更多的森林变成了更多的草原。物种丰度在上新世-更新世边界发生了变化。虽然没有发生大规模的物种灭绝,但总的来说,物种灭绝的比率更高,形成更多的物种,植被也发生了变化。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:

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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