令人驚訝的超新星痕跡遍佈地球

超新星向地球傾瀉放射性碎片是一種出乎意料地常見的宇宙現象

An expanding cloud of debris from a supernova

一張巨大的、正在膨脹的超新星碎片雲的照片,分別由錢德拉X射線天文臺和哈勃太空望遠鏡在X射線和可見光下拍攝。

X射線:NASA/CXC/GSFC/B. J. Williams 等人;可見光:NASA/ESA/STScI

超新星必須非常靠近地球才會對我們的星球構成真正的威脅。然而,對於天文學家來說,“近”的含義與其他人不同。在這種情況下,大約 160 光年或 1.5 千萬億公里以內的超新星才算“近”。

以人類的尺度來看,這是一個幾乎難以想象的距離。在銀河尺度上,它就在我們近在咫尺的鄰域內。不過,這仍然很遙遠,而且超新星相對罕見,像銀河系這樣的大星系大約每世紀才發生一次。因此,任何給定的爆­­炸恆星都很可能遠離地球,除了為我們帶來一場美麗的燈光秀(如果我們能透過籠罩我們星系部分割槽域的厚厚塵埃看到它的話)之外,不會對我們造成任何影響。

但請注意我模稜兩可的措辭“任何給定的爆炸恆星”。關於罕見事件,關鍵在於只要時間足夠長,它們就會發生。我們再次必須以宇宙尺度來思考:粗略地說,每世紀一次超新星可能相當於人類一生中發生一次。但是星系(和地球)已經存在數十億年了。這足以讓太近而令人不安的超新星發生的機率變成必然。我個人不會對此打賭。畢竟,我們有令人信服的物理證據表明它在我們星球的過去發生過。


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱,您將幫助確保未來能夠繼續推出關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的報道。


2016 年,兩組天文學家在《自然》雜誌上發表了兩篇論文,結果令人震驚:他們在深海海底古代沉積物的兩個不同層中發現了高含量的鐵 60。這些富含鐵 60 的地層標誌著過去九百萬年中地球受到附近超新星轟擊的時期。

鐵 60 是鐵的一種放射性同位素,它會衰變成鈷 60,半衰期為 260 萬年。這個半衰期意味著,如果您從純鐵 60 樣本開始,在 260 萬年後,其中一半將衰變成鈷 60。再過 260 萬年,原始樣本中剩餘的鐵 60 將再次衰減一半,僅留下初始鐵 60 量的四分之一,依此類推。科學家可以使用這種衰變率來相對準確地測量鐵 60 的形成時間。這很重要,因為我們只知道一個可以自然形成這種同位素的地方:超新星的核火中。

在第一篇《自然》雜誌論文中,科學家們檢查了海底的星際塵埃,發現沉積物中鐵 60 的含量在約 750 萬年前和 250 萬年前出現了兩個峰值。(在 2016 年的另一項獨立研究中,另一組科學家在海底的化石細菌中發現了鐵 60。該同位素也與大約 250 萬年前的峰值一致。) 奇怪的是,鐵 60 的增加並不是單次超新星預期的尖銳峰值。相反,在每種情況下,增加都持續了一百多萬年,這意味著多次超新星促成了每個事件。研究人員的模型表明,這些物質在墜落到地球之前,在星際空間中漂移了大約 20 萬年。

在第二篇《自然》雜誌論文中,與第一組團隊有關聯的科學家使用這些資料來估計超新星在太空中的位置。鐵 60 是在大型恆星爆炸時產生的。從宇宙的角度來看,這樣的恆星賦予了“從搖籃到墳墓”新的含義,因為它們誕生於巨大的氣體雲中,並在僅僅幾百萬年後就死亡,仍然被包裹在其中。

第二篇《自然》研究將兩次超新星最可能的罪魁禍首標記為天蠍座-半人馬座星協,這是一個鬆散結合的年輕恆星群,目前距離地球約 390 到 470 光年。這些恆星中的許多都非常巨大,而且正是那種在生命終結時會爆炸的恆星。此外,我們的太陽位於所謂的“本星泡”的中心附近,這是一個巨大的空腔,是從漂浮在銀河系恆星之間的星際物質中開闢出來的。這個氣泡是由大約 1400 萬年前天蠍座-半人馬座星協中的超新星膨脹形成的,可能需要 14 到 20 顆此類爆炸恆星的作用。這個時間線與在海洋沉積物中觀察到的鐵 60 峰值非常吻合。

科學家們發現,兩次超新星可能促成了最近的峰值,其中一次發生在 230 萬年前,另一次發生在 150 萬年前。這兩顆恆星在爆炸時都離地球約 300 光年。沉積物中鐵 60 的含量實際上非常小——每克物質大約有 10 萬個原子。(一克沉積物中大約有 1022 個原子,因此鐵 60 僅佔極小的一部分。) 但令人震驚的是,來自數千萬億公里外的爆炸恆星的碎片竟然會出現在這裡。

請記住,鐵 60 也僅佔超新星爆發期間噴射物質的一小部分。其餘噴射物質——超過 10 穰公噸——也以每小時數千萬公里的速度向外加速。當物質從爆炸地點向外膨脹時,它會變稀薄,因此當附近超新星的噴射物到達地球時,在一段時間內,可能只有幾百公噸會像雨點般落在我們的星球上。這聽起來可能很多,但每天大約有相同數量的隕石物質撞擊我們的大氣層。因此,超新星並沒有明顯增加地球的重量,也不會在這方面對我們構成重大危險。

儘管如此,結論仍然令人震驚:每隔幾百萬年,就會發生一次超新星,其距離地球足夠近,以至於會向我們傾瀉放射性碎片。這意味著在我們星球的生命週期中,我們已經被爆炸恆星的灰燼擊中數千次,其中一些物質可能距離足夠近,以至於造成了一些全球性損害。

就最近發生的附近超新星的具體情況而言,儘管當時還沒有人類,但我們的一些近親祖先,例如南方古猿阿法種已經存在了。該物種的一個特殊成員,暱稱露西,大約在三百萬年前在地球上行走。她可能錯過了那次特殊的事件,但她的後代可能已經仰望天空,並對那裡出現的驚人亮光感到好奇,那光芒遠比任何其他恆星都亮,與滿月一樣明亮。它會亮到白天都能看到,晚上還能投下陰影。

而我們,在數百萬年後的今天,仍然在思考同樣的事情。不同之處在於,現在我們擁有工具來檢查和理解這些宇宙爆炸對我們星球的深遠影響。

© .