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近邻超新星爆发可能曾经影响了人类演化

2018年03月07日 天文物理 ⁄ 共 2132字 ⁄ 字号 暂无评论

研究者找出了历史上地球附近几颗超新星出现的时间和位置,发现它们有可能影响了人类的演化。


近邻超新星爆发可能曾经影响了人类演化

计算机模拟展示了太阳系附近铁60的质量密度分布。


研究者称,离地球最近的超新星的辐射给地球带来了巨大的冲击,甚至可能影响了人类的演化。


超新星是最强有力的恒星爆炸。这些来自濒临死亡的大质量恒星的爆发即使远在宇宙边缘都可以被我们观测到,其亮度可在短时间内凌驾其宿主星系中所有恒星亮度的总和。


五十多年来,科学家们认为邻近的超新星爆发可能通过扰乱全球气候甚至触发大规模物种灭绝而影响了地球上的生命。此前有研究通过计算发现,出现在距地球约325光年范围内的超新星能够让自己释放出的放射性物质沉积在地球上,这样的超新星估计每200万~400万年出现一次。(距离太阳最近的恒星位于大约4.3光年外。)


在1999年,研究人员在深海岩石中发现了含量可观的铁60,一种有轻微放射性的铁同位素。这表示超新星的确已经向地球抛洒过放射性物质了。超新星可产生大量的铁60,尽管其他自然过程也能产生铁60,但通过这些过程产生的铁60含量应该仅有岩石标本的十分之一。


以往的研究表明,距地球约30~45光年内的超新星所产生的高能粒子,对于地球上的生物来说是灾难性的。然而,早先的研究同样估算出,距离足够近而能引起大规模物种灭绝的超新星是极为罕见的。“在几十亿年一颗的量级上。”该研究的参与者、澳大利亚国立大学的核物理学家Anton Wallner说。


现在,研究者找出了时间上最接近现在,空间上最接近地球的超新星具体可能出现在何时何地。他们还发现,这些超新星的距离近到已经可能对人类演化造成影响。


科学家研究了“本地泡”(local bubble)的来源,该区域是银河系中太阳系的栖息之地。据该研究团队的领导者、柏林理工学院的天体物理学家Dieter Breischwerdt说,本地泡是一个长宽高为600*600*1200光年的区域,其中充斥着温度高达100万摄氏度,会发出X射线的高温等离子体。这个泡很可能源于一系列超新星爆发。


研究人员将工作聚焦在了深海岩石中铁60的起源上。这些铁60很可能来自于一个或多个发生于220万年前、距地球约195~425光年的超新星。


“我们的研究可以说是星系考古——就像地球考古学家们做的那样,在某处挖掘,以追溯过去发生的事情,”Breitschwerdt说到。


通过超级计算机模型计算死亡恒星的质量和放射性物质的复杂轨迹,研究组成员能够确定这些超新星爆发可能性最大的时间及地点——距离太阳分别约290光年和325光年的两个超新星。


“运行几个模型总共花费了我们约三四年的时间,”Breitschwerdt说到。


Breitschwerdt和同事估算出,两个超新星中更近的那个源于一个质量大概为太阳9.2倍的恒星,发生在约230万年前。另一个超新星源于一个质量约为太阳的8.8的恒星,出现于约150万年前。而我们所知的最古老的人属(现代人类就属于这个属)成员————也可追溯到大约280万年前。


据研究者所述,包括这两个超新星在内,14~20个超新星制造出了构成本地泡的热等离子体。其余超新星可能也向地球抛洒了铁60,尽管由于它们距离较远且时间古老而量比较小。


在另外一个独立的新研究中,Wallner和同事重点研究了大西洋、太平洋及印度洋中的深海岩石,那里铁60含量比平均水平高40多倍。探测这些铁60是相当困难的,“我们样本中来自地外的放射性铁60的丰度不到地球上铁的稳定同位素丰度的千万亿分之一,”第二个研究的领导者Wallner说,“我们需要极其灵敏的单原子计数技术来辨别这些铁60原子。”


研究者发现,这些放射性物质源于两次相对时间较晚的超新星爆发,之后随星际尘埃颗粒被带到地球上,一次是在150~320万年前,另一次是在650~ 870万年前。他们认为这些超新星到地球的距离在300光年以内,近到白天可见,并且亮度可以月球争辉。那些铁60可能是被超新星直接抛洒进太阳系的,但也有可能是由于太阳系穿过了被众多超新星残骸污染的星际云。


尽管Wallner注意到他们所研究的超新星可能并没有近到足以引起大规模灭绝,但他说来自这些超新星爆发的辐射还是可能影响了地球的气候。比如说,他注意到,他们发现的较早的那次超新星爆发与约800万年前中新世晚期的温度变化一致,那正是全球动物群发生变化的时候。另外,更晚的一次超新星爆发出现在300万年前,临近上新世末地球开始降温的那一时期——此时的气候变迁可能促成了人类世系的崛起。


还有,Breitschwerdt指出,来自这些超新星爆发的辐射也可能促使地球上的生命形式发生突变。“突变率的增加也是有可能直接影响演化的——比如大脑尺寸的增加,”Breitschwerdt说到。


Wallner说,他和同事将来还会尝试确定来自超新星的铁60落入地球的精确时间,以更好地理解超新星是否影响地球了上的生命。


撰文 Charles Q. Choi

翻译 王微晓

审校 韩晶晶


原文链接:

http://www.scientificamerican.com/article/nearby-supernova-explosions-may-have-affected-human-evolution/


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