超新星对地球的潜在影响“印刻”在树木年轮中

 绮兰      

美国科罗拉多大学博尔德分校地球学家罗伯特·布拉肯里奇的最新研究表明,在距地球数千光年的地方发生的大规模能量爆炸,可能已经在地球的生物学和地质学中留下了痕迹。相关论文发表在最新出版的《国际天体生物学杂志》上。

研究探讨了超新星的影响。超新星是恒星在演化接近末期时经历的一种爆炸,是已知宇宙中最剧烈的事件之一。这种爆炸亮度极高,过程中爆发的电磁辐射往往可以照亮其所在的整个星系。一次这样的喷发,在短短几个月时间内就能释放出太阳整个生命周期所能释放的能量。


一颗非常近的超新星可能会把人类文明从地球表面抹去。科罗拉多大学博尔德分校高山与极地研究所高级研究员布拉肯里奇说,即使在更远的地方,这些爆炸仍然可能造成损失——使我们的星球置于危险的辐射中,破坏保护我们的臭氧层。


布拉肯里奇解释说,碳的放射性同位素碳-14,在地球上存量很少。当来自太空的宇宙射线轰击地球大气层时,放射性碳就形成了。通常情况下,碳-14每年会有一个稳定的数量。树木吸收二氧化碳时,其中一些就是放射性碳。


然而,树木吸收的放射性碳量并不稳定,有时同位素在树木年轮内的浓度会突然出现尖峰,而这与地球环境没有太大关系。许多科学家推测,这些长达数年的峰值可能是由太阳耀斑或太阳表面巨大的能量喷射造成的。

布拉肯里奇说,科学家已经记录了其他星系中产生大量伽马射线的超新星,这种射线可以触发地球上放射性碳原子的形成。虽然这些同位素本身并不危险,但它们水平的激增可能表明,来自遥远超新星的能量跨越数百至数千光年传播,到达了地球。


为了研究这些可能存在的影响,布拉肯里奇在树轮记录中搜寻这些遥远的宇宙爆炸的线索。他的发现表明,从理论上讲,距离地球较近的超新星在过去4万年间,至少引发了4次对地球气候的破坏。


他将这些恒星爆炸的估计时间与地面上树木年轮记录进行了比较,发现在研究的8个距离较近的超新星似乎都与地球上无法解释的放射性碳峰值有关。如“船帆座”中的一颗距离地球815光年的恒星,在大约13000年前变成了超新星。在那之后不久,地球上的放射性碳含量飙升了近3%——惊人的增长!这或许证实了此前的假设:遥远超新星对地球的潜在影响“印刻”在了树木年轮中。


超新星爆发和化学爆炸有共同之处

图片来源:《科学》


一颗超新星爆发和地球上一个微小的气体爆炸似乎没有太多的共同点。但根据一项新的研究,它们的过程基本相同。


并不是所有的爆炸都是一样的。例如,烟花是由比声速慢的火焰驱动的,这种火焰被称为爆燃。在一定条件下,爆燃可以转变为威力大得多的爆轰,产生比声速还快的破坏性冲击波。


这样的爆炸可以在太空中发生,例如当一颗白矮星在一种名为1a型超新星(SN1a)的超新星中爆发时。但这些宇宙爆发的确切机制仍不清楚。这促使研究人员想了解能否通过研究离地球更近的爆发梳理出潜在的过程。


研究人员进行了计算机模拟,结果显示,当自由气体爆炸遭遇强烈湍流时,它产生的压力波会压缩前面未燃烧的气体。这就产生了一种冲击波,冲击波的强度不断增加,直到引发爆轰。相关论文近日刊登于《科学》。


为了测试这一理论是否适用于现实世界,研究人员建造了一根大约1米长的管子,里面有不同的隔断,用来点燃氢气,使其受到湍流的影响,并测量了效果。


数据显示,管中爆炸的结果与模拟相符。之后,研究人员展示了他们的理论同样可以模拟从爆燃到爆轰的转变是如何在SN1a爆发中发生的。


研究人员表示,他们的结果提供了一个关于这种转变如何发生的统一理论——无论是地球上的化学爆炸还是太空中的热核爆炸。这不仅可以扩展对SN1a的理解,而且可能有助于预测工业事故中何时会发生爆炸。

来源:科技日报张佳欣 中国科学报唐一尘

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