Jarenlang hebben wetenschappers onderzocht hoe supernova's het leven op aarde kunnen beïnvloeden. Supernovae zijn buitengewoon krachtige gebeurtenissen, en afhankelijk van hoe dicht ze bij de aarde zijn, kunnen ze gevolgen hebben, variërend van catastrofaal tot onbeduidend. Maar nu zeggen de wetenschappers achter een nieuw artikel dat ze specifiek bewijs hebben dat een of meer supernova 2,6 miljoen jaar geleden in verband brengt met een uitstervingsgebeurtenis.
Ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden explodeerden een of meer supernova's ongeveer 50 parsecs, of ongeveer 160 lichtjaren verwijderd van de aarde. Tegelijkertijd was er ook een uitstervingsevenement op aarde, de Pliocene mariene megafauna-uitsterving genoemd. Tot een derde van de grote mariene soorten op aarde werden destijds uitgeroeid, de meesten leefden in ondiepe kustwateren.
'Deze keer is het anders. We hebben op een bepaald moment bewijs van gebeurtenissen in de buurt. ' - Dr. Adrian Melott, Universiteit van Kansas.
Het nieuwe artikel legt een verband tussen de supernova's en het uitsterven en suggereert dat deeltjes die muonen worden genoemd, de schuldige partijen waren. Het bewijs is niet alleen in het fossielenbestand, maar in een laag van een radioactief type ijzer dat ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden op aarde is afgezet, genaamd Iron 60. Het bewijs is ook in de ruimte aanwezig, in de vorm van een expanderende bubbelfunctie die is gecreëerd door een of meer supernova's.
Het artikel is van hoofdauteur Adrian Melott, emeritus hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Kansas, en coauteurs van de Universidade Federal de São Carlos in Brazilië. Melott zei in een persbericht dat hij al 15 jaar de effecten bestudeert die supernovae op aarde kunnen hebben. Maar dit artikel is veel specifieker en verbindt het Plioceen-uitsterven met specifieke supernova's. 'Deze keer is het anders. We hebben op een bepaald moment bewijs van gebeurtenissen in de buurt, 'zei Melott. "We weten hoe ver ze verwijderd waren, dus we kunnen eigenlijk berekenen hoe dat de aarde zou hebben beïnvloed en het vergelijken met wat we weten over wat er op dat moment is gebeurd - het is veel specifieker."
Dus wat vertellen deze details ons?
Laten we allereerst eens praten over ijzer, in het bijzonder ijzer 60. IJzer 60 is een isotoop van het element ijzer. Een isotoop is gewoon een atoom met een ander aantal neutronen in de kern. Al het ijzer heeft hetzelfde aantal protonen - 26 - en een gelijk aantal elektronen, ook 26. Maar het aantal neutronen kan variëren. Het meeste ijzer in het universum, ook hier op aarde, is ijzer 56. IJzer 56 heeft een stabiele kern van 26 protonen en 30 neutronen. IJzer 56 is stabiel, wat betekent dat het niet radioactief is en niet vergaat.
Maar hier op aarde is er ook wat Iron 60, met een onstabiele kern met 26 protonen en 34 neutronen. Het is radioactief en vervalt om uiteindelijk nikkel te worden. Er is in het hele geologische record op verschillende tijdstippen ijzer 60-residu, met een grote piek van ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden. Maar hier is het ding: elk ijzer 60 dat deel uitmaakte van de aarde toen de aarde werd gevormd, zou lang geleden zijn vervallen tot nikkel. Er zou geen spoor meer van over zijn.
'Al halverwege de jaren negentig zeiden mensen:' Hé, zoek ijzer-60. Het is een veelbetekenend verhaal, want er is geen andere manier om naar de aarde te komen dan via een supernova. '' '- Adrian Melott, University of Kansas.
Dus als er 2,6 miljoen jaar geleden een ijzeren piek was, moest die ergens vandaan komen. En dat ergens alleen maar ruimte kon zijn. En aangezien supernovae het enige is dat ijzer 60 kan maken en het door de ruimte kan verspreiden, moet het van een supernova zijn.
Maar de ijzer 60 doodde de grote zeedieren niet. Natuurlijk is het radioactief, maar het is niet de boosdoener achter het uitsterven. Het is slechts een bewijs van een supernova tegelijk met het uitsterven.
Er is nog een ander bewijs dat de theorie van "death by supernova" ondersteunt: een gigantische bubbel in de ruimte.
De functie wordt de Local Bubble genoemd, een uitgeholde holte in het interstellaire medium. Het interstellaire medium is de materie en straling die bestaat in de ruimte tussen sterrenstelsels, binnen een sterrenstelsel. Het is in feite gas, stof en kosmische straling en vult de ruimte tussen zonnestelsels.
De Local Bubble is een vorm die door een of meer supernovae is uitgehold uit het interstellaire medium. Ons zonnestelsel zit erin, net als sterren als Antares en Beta Canis Majoris.
Er is geen andere gebeurtenis die de Local Bubble had kunnen uithollen. Wanneer een supernova explodeert, ruimt de schokgolf het gas en stof in zijn gebied op, waardoor een luchtbel ontstaat. De bel is niet helemaal leeg, er zit nog een heel heet gas met een zeer lage dichtheid in. Maar de meeste gaswolken zijn verdwenen.
'We hebben de Local Bubble in het interstellaire medium', zei Melott. "We staan op het randje. Het is een gigantische regio van ongeveer 300 lichtjaar lang. Het is in feite erg heet gas met een zeer lage dichtheid - bijna alle gaswolken zijn eruit geveegd. De beste manier om zo'n bubbel te maken is door een heleboel supernova's te blazen die steeds groter worden, en dat lijkt goed te passen bij het idee van een ketting. ”
Dus als het bewijs, zowel de Local Bubble als de Iron 60, het optreden van meerdere supernova's ondersteunt die de Pliocene mariene megafauna uitsterven veroorzaken, wat was dan precies het mechanisme van die uitsterving? IJzer 60 kan het niet en een bubbel in de ruimte evenmin. Dus wat gebeurde er?
Melott en zijn team zeggen dat het allemaal neerkomt op subatomaire deeltjes die muonen worden genoemd.
'De beste beschrijving van een muon is een zeer zwaar elektron - maar een muon is een paar honderd keer zo zwaar als een elektron.' - Adrian Melott, hoofdauteur, Universiteit van Kanasas.
Toen de supernova's Iron 60 op aarde verspreidden, was het niet het enige dat uit de ruimte naar beneden kwam regenen. Er waren ook muonen. Muons kunnen volgens Melott het beste omschreven worden als "zware elektronen". En hoewel we constant muonen uit de ruimte ontvangen, passeren de meeste onschadelijk door ons heen, waarbij alleen de vreemde interactie met ons heeft en deel uitmaakt van de straling waarmee we constant worden bestookt.
'De beste omschrijving van een muon zou een heel zwaar elektron zijn - maar een muon is een paar honderd keer zo zwaar als een elektron', zei Melott. "Ze zijn erg indringend. Zelfs normaal gesproken passeren er veel van ons. Ze gaan bijna allemaal onschadelijk door, maar toch komt ongeveer een vijfde van onze stralingsdosis uit muonen. '
Maar dat veranderde toen de supernovae explodeerde. Er zouden honderden keren meer muonen zijn geweest dan het normale achtergrondnummer. En voor grotere dieren met grotere oppervlakten betekent dat een veel grotere blootstelling aan straling.
'Maar als deze golf van kosmische straling toeslaat, vermenigvuldig die muonen dan met een paar honderd', zei Melott. “Slechts een klein deel van hen zal op welke manier dan ook reageren, maar als het aantal zo groot is en hun energie zo hoog, krijg je meer mutaties en kanker - dit zouden de belangrijkste biologische effecten zijn. We schatten dat het kankerpercentage met ongeveer 50 procent zou stijgen voor iets ter grootte van een mens - en hoe groter je bent, hoe erger het is. Voor een olifant of een walvis gaat de stralingsdosis omhoog. '
Verre supernova's in de verte veroorzaakten dus een enorme piek in het aantal muonen dat de aarde treft, waardoor de incidentie van kanker toeneemt, vooral bij grote zeedieren. En aangezien hoe dieper een dier in het water is, hoe beter het wordt beschermd, was het uitsterven van grotere zeedieren in ondiepere kustwateren een bijproduct.
Een bijzonder groot - en berucht - zeedier stierf uit tijdens de Plioceen-mariene megafauna-uitsterving: de Megalodon, een van de grootste en krachtigste roofdieren die ooit op aarde heeft geleefd.
De Megalodon was een oude haai zo groot als een schoolbus die 2,6 miljoen jaar geleden is uitgestorven. 'Een van de uitstervingen die 2,6 miljoen jaar geleden plaatsvond, was Megalodon', zei Melott. "Stel je de Grote Witte Haai voor in‘ Jaws ’, die enorm was - en dat is Megalodon, maar het was ongeveer zo groot als een schoolbus. Ze verdwenen gewoon rond die tijd. We kunnen dus speculeren dat het misschien iets te maken heeft met de muonen. Kortom, hoe groter het wezen, hoe groter de toename in straling zou zijn geweest. '
Zoals Melott erkent, wordt hier gespeculeerd. Er kunnen andere redenen zijn voor het uitsterven ervan, waaronder de afkoeling van de oceanen als gevolg van een ijstijd. De zeespiegel zou tijdens een ijstijd ook zijn gedaald, waardoor de soort goede verzorgingsgebieden verloor.
De Megalodon was niet de enige soort die in die tijd uitstierf. In een paper uit 2017 documenteerden onderzoekers het uitsterven van andere mariene megafauna, waaronder zoogdieren, zeevogels en schildpadden. Maar hadden een of meer supernova's dit allemaal kunnen veroorzaken?
De aarde bevond zich destijds in een periode van klimaatvariabiliteit, dus het is moeilijk om de individuele effecten die supernova's en klimaatverandering zouden hebben gehad op uitsterven te ondermijnen. En een andere studie suggereerde een andere supernova-link met het uitsterven van het Plioceen-Pleistoceen.
In een studie uit 2002 keken onderzoekers naar de Local Bubble en naar de Earth's Iron 60 en concludeerden dat beide een factor waren bij het uitsterven. Maar ze stelden een ander mechanisme voor. Ze zeiden dat de supernova's een golf van ultraviolet licht veroorzaakten die de aarde trof, waardoor kleine wezens aan de voet van de voedselketen werden gedood, en dat op zijn beurt leidde tot het afsterven van grotere mariene megafauna.
Voor Melott en zijn team maakt de supernovae muon-theorie er allemaal deel van uit. De onderzoeker van de Universiteit van Kansas zei dat het bewijs van een supernova, of een serie daarvan, 'een ander puzzelstuk' is om de mogelijke redenen voor het uitsterven van het Plioceen-Pleistoceen te verduidelijken.
"Er is echt geen goede verklaring geweest voor het uitsterven van de zee megafaunal," zei Melott. 'Dit kan er een zijn. Het is deze paradigmaverandering - we weten dat er iets is gebeurd en wanneer het is gebeurd, dus voor het eerst kunnen we echt ingaan en op een bepaalde manier naar dingen zoeken. We kunnen nu echt duidelijk maken wat de effecten van straling zouden zijn op een manier die voorheen niet mogelijk was. "
- Scientific Paper: The Pliocene marine megafauna extincting and its impact on functional diversity.
- Persbericht: Onderzoekers overwegen of supernova's bij het aanbreken van het Pleistoceen grote oceaandieren hebben gedood
- Scientific Paper: Hypothesis: Muon Radiation Dose and Marine Megafaunal Extinction at the end-Pliocene Supernova
- Wetenschappelijk artikel: BEWIJS VOOR SUPERNOVA-EXPLOSIES IN DE BUURT
