Πόσο κινδυνεύει η Γη από τις εκρήξεις σουπερνόβα; Μέχρι τώρα τα ραδιενεργά θραύσματα από τις εκρήξεις σχετικά κοντινών σουπερνόβα προκάλεσαν ανώδυνες ‘ουλές’ στην Γη.
Όταν ένα άστρο μεγαλύτερο από τον Ήλιο εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα τότε ο πυρήνας του καταρρέει βαρυτικά και στη συνέχεια εκρήγνυται, εκτινάσσοντας τεράστιες ποσότητες ύλης και ενέργειας. Έτσι τα εξωτερικά στρώματα του άστρου εκτοξεύονται στο διάστημα με ταχύτητες πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, και αυτό είναι που δημιουργεί το θεαματικό και λαμπρό σουπερνόβα που βλέπουμε στην πραγματικότητα.
Eίναι δύσκολο να συνειδητοποιήσει κανείς πόση ενέργεια απελευθερώνεται από μια έκρηξη σουπερνόβα. Για παράδειγμα, η ενέργεια που απελευθερώνεται ως ορατό φως κάθε δευτερόλεπτο από ένα τυπικό σουπερνόβα είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη – και κάποιες φορές πολύ περισσότερο – από την αντίστοιχη ακτινοβολία του ήλιου μας. Κι ένα σουπερνόβα μπορεί να ακτινοβολεί με αυτόν τον ρυθμό για μέρες ή εβδομάδες. Επιπλέον, εκτός από την ακτινοβολία που αντιστοιχεί στο ορατό φως, εκπέμπεται και η πολύ επικίνδυνη ακτινοβολία των ακτίνων Χ και οι ακτίνων γ.
Έτσι, η έκρηξη ενός σουπερνόβα που βρίσκεται κοντά στο ηλιακό μας σύστημα θα μπορούσε να προκαλέσει την καταστροφή της γήινης βιόσφαιρας. Όμως η αίσθηση του «κοντά» για τους αστρονόμους είναι λίγο διαφορετική. Για να είναι επικίνδυνο ένα σουπερνόβα πρέπει να απέχει απόσταση περίπου 160 ετών φωτός, ή 1.5×1015 χιλιόμετρα από τη Γη. Στην ανθρώπινη κλίμακα, αυτή είναι μια σχεδόν άπειρη απόσταση. Σε γαλαξιακή κλίμακα, βρίσκεται στην άμεση γειτονιά μας.
Τα συντρίμμια της έκρηξης ενός κοντινού σουπερνόβα (λιγότερο από 160 έτη φωτός από τη Γη) θα μπορούσαν να αλλάξουν κυριολεκτικά την χημική σύσταση της γήινης ατμόσφαιρας. Για παράδειγμα, θα μπορούσαν να καταστρέψουν το στρώμα του όζοντος επιτρέποντας στο επιβλαβές υπεριώδες φως από τον Ήλιο να φτάνει στην επιφάνεια της Γης αφιλτράριστο για χρόνια. Ή εξαιτίας της ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας το ατμοσφαιρικό άζωτο να διασπαστεί και στη συνέχεια να συνδεθεί με το οξυγόνο, σχηματίζοντας διοξείδιο του αζώτου, ένα σκούρο κοκκινοκαφέ (και δηλητηριώδες) αέριο. Μια τέτοια διαδικασία θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το ηλιακό φως που φτάνει στην επιφάνεια της Γης και να προκαλέσει φαινόμενο παγκόσμιας ψύξης. Επίσης, μια ισχυρή έκρηξη ακτινοβολίας θα μπορούσε χτυπώντας την ατμόσφαιρα να δημιουργήσει ένα τεράστιο κύμα ταχέως κινούμενων ηλεκτρονίων, προκαλώντας έναν ηλεκτρομαγνητικό παλμό που θα ήταν καταστροφικός για τα ηλεκτρονικά, τις επικοινωνίες, τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας κλπ.
Ο Γαλαξίας μας είναι ένας μεγάλος γαλαξίας – με διάμετρο 120.000 έτη φωτός – και συναντάμε περίπου ένα σουπερνόβα κάθε μερικές δεκάδες έτη φωτός (10 έτη φωτός~1014 χιλιόμετρα). Η πιθανότητα να εκραγεί κάποιο άστρο τόσο κοντά στη Γη ώστε να την πληγώσει ανεπανόρθωτα, είναι ελάχιστη – αλλά, δυστυχώς, μη μηδενική.
Τελικά, υπάρχουν κοντινά άστρα που θα επηρεάσουν τον πλανήτη μας όταν εκραγούν;
Ένα άστρο που απέχει περίπου 250 έτη φωτός από τη Γη είναι ο Στάχυς (ή Spica ή α του αστερισμού της Παρθένου). Είναι ένα από τα φωτεινότερα άστρα του ουρανού, εύκολα ορατό στον αστερισμό της Παρθένου, και έχει μάζα δώδεκα ηλιακές μάζες περίπου. Μόλις τώρα έχει αρχίσει να ξεμένει από πυρηνικά καύσιμα, ξεκινώντας το μακρύ στάδιο του ερυθρού υπεργίγαντα. Αναμένεται να εκραγεί ως σουπερνόβα μετά από εκατομμύρια χρόνια. Αλλά ακόμα κι αν είχε εκραγεί πριν από 250 χρόνια, η απόστασή του είναι πολύ μακρινή για να βλάψει αρκετά τη Γη. Όμως, θα γινόταν πολύ φωτεινό, ξεπερνώντας την πανσέληνο, κάτι που θα μπορούσε να βλάψει πολλούς κιρκάδιους ρυθμούς φυτών και ζώων. Κι αυτό δεν είναι καλό.
Ωστόσο, υπάρχει και ένα άλλο είδος σουπερνόβα. Αν ένας υπερπυκνός λευκός νάνος (ο πυρήνας που απομένει από ένα άστρο όπως ο ήλιος μετά το θάνατό του) βρίσκεται σε τροχιά γύρω από έναν κοντινό σύντροφο – π.χ. ένα άστρο όπως ο ήλιος, ή έναν άλλο λευκό νάνο – τότε μπορεί να αντληθεί μάζα από τον σύντροφό του και ο υπερπυκνός λευκός νάνος να αυξήσει την μάζα του φτάνοντας έως 1,4 φορές τη μάζα του Ήλιου και να δημιουργηθεί σουπερνόβα. Υπάρχει ένα τέτοιο δυαδικό σύστημα λευκού νάνου κοντά μας; Ναι, το δυαδικό αστρικό σύστημα HR 8210 σε απόσταση 154 έτη φωτός από τη Γη. Πρόκειται για ένα κανονικό άστρο όπως ο Ήλιος μας που περιφέρεται γύρω από έναν λευκό νάνο. Προς το παρόν το σύστημα φαίνεται να είναι ασφαλές, αλλά κάποια στιγμή στο μέλλον, είναι πολύ πιθανό να δημιουργήσει ένα σουπερνόβα. Τα κακά νέα είναι ότι βρίσκεται μόλις 150 έτη φωτός από εμάς, αρκετά κοντά για να είναι επικίνδυνο. Τα καλά νέα: Τα πάντα στο διάστημα κινούνται, συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου και του HR 8210. Είναι απίθανο να εκραγεί στα επόμενα εκατομμύρια χρόνια και μέχρι τότε θα έχει απομακρυνθεί αρκετά μακριά ώστε η έκρηξη σουπερνόβα να είναι εντελώς ακίνδυνη. Εννοείται πως με την πάροδο του χρόνου είναι πιθανό άλλα άστρα που τώρα βρίσκονται πολύ μακριά να μας πλησιάσουν και να γίνουν επικίνδυνα όταν εκραγούν. Ας παρηγορηθούμε τουλάχιστον με το γεγονός ότι κάτι τέτοιο μπορεί να συμβεί σε εκτοντάδες χιλιάδες, αν όχι εκατομμύρια χρόνια από τώρα.
Από τα χιλιάδες σουπερνόβα που ανακαλύπτουν οι αστρονόμοι κάθε χρόνο, τα περισσότερα απέχουν εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός από εμάς. Βρίκονται τόσο μακριά που χρειαζόμαστε τεράστια τηλεσκόπια για να τα εντοπίσουμε.
Όμως, περίπου μία φορά ανά αιώνα σε έναν μεγάλο γαλαξία όπως ο δικός μας εμφανίζεται ένα σουπερνόβα. Αλλά οι γαλαξίες (και η Γη) υπάρχουν εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Μέσα σ’ αυτό το χρονικό διάστημα είναι βέβαιο ότι πραγματοποιήθηκε η έκρηξη ενός πολύ κοντινού στη Γη σουπερνόβα. Και υπάρχουν πειστικά δεδομένα ότι κάτι τέτοιο συνέβη πράγματι στο παρελθόν.
Τα σημάδια που άφησαν στη Γη οι εκρήξεις σουπερνόβα του παρελθόντος
Το 2016 δύο ομάδες αστρονόμων δημοσίευσαν δύο εργασίες στο περιοδικό Nature με εκπληκτικά συμπεράσματα: βρήκαν υψηλές ποσότητες σιδήρου-60 σε δύο διαφορετικά στρώματα αρχέγονου ιζήματος στον βυθό της θάλασσας. Κάθε ένα από αυτά τα εμπλουτισμένα στρώματα με σίδηρο-60 (60Fe) σηματοδοτεί μια εποχή όπου κατά την διάρκεια των τελευταίων εκατομμυρίων ετών η Γη βομβαρδίστηκε από κοντινά σουπερνόβα.
Ο σίδηρος-60 είναι ένα ραδιενεργό ισότοπο που διασπάται σε κοβάλτιο-60 με χρόνο ημιζωής 2,6 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι αν ξεκινήσετε με μια αρχική ποσότητα καθαρού σιδήρου-60, σε 2,6 εκατομμύρια χρόνια, η μισή από αυτή την ποσότητα θα έχει διασπαστεί σε κοβάλτιο-60. Σε άλλα 2,6 εκατομμύρια χρόνια θα αποσυντεθεί πάλι η μισή ποσότητα, απομένοντας μόνο το ένα τέταρτο της αρχικής ποσότητας σιδήρου-60 κ.ο.κ. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον ρυθμό διάσπασης οι φυσικοί μπορούν να βρούν πότε δημιουργήθηκε η αρχική ποσότητα του σιδήρου-60.
Κι αυτό είναι πολύ σημαντικό γιατί γνωρίζουμε μόνο ένα φυσικό ‘εργαστήριο’ όπου μπορεί να δημιουργηθεί αυτό το ισότοπο: την έκρηξη σουπερνόβα, κατά την διάρκεια της οποίας πραγματοποιούνται διαδοχικές πυρηνικές αντιδράσεις, διαμέσου των οποίων προκύπτει και το ισότοπο 60Fe.
Στην πρώτη δημοσίευση στο περιοδικό Nature, παρουσιάζεται η μελέτη της διαστρικής σκόνης που είχε αποτεθεί στον πυθμένα του ωκεανού. Από την ανάλυση προέκυψαν δύο μεγάλες κορυφές του ισοτόπου 60Fe σε ιζήματα που είχαν αποτεθεί περίπου 7,5 εκατομμύρια και 2,5 εκατομμύρια χρόνια πριν. (Σε μια ξεχωριστή μελέτη του 2016, μια άλλη ομάδα επιστημόνων βρήκε επίσης σίδηρο 60 σε απολιθωμένα βακτήρια στον πυθμένα του ωκεανού που ήταν σύμφωνο με την κορυφή που χρονολογείται περίπου πριν από 2,5 εκατομμύρια χρόνια). Περιέργως, στη μελέτη του Nature, η περιεκτικότητα 60Fe δεν παρουσίαζε αιχμές, όπως θα περίμενε κανείς από ένα μόνο σουπερνόβα. Αντίθετα, η αφθονία του 60Fe κατανέμεται σε χρονικό διάστημα άνω του ενός εκατομμυρίων χρόνων, δείχνοντας ότι πολλά σουπερνόβα συνέβαλαν στην συγκέντρωση του ισοτόπου. Τα θεωρητικά μοντέλα των ερευνητών έδειξαν ότι το υλικό χρειάστηκε περίπου 200.000 χρόνια για να διασχίσει το διαστρικό διάστημα πριν πέσει στη Γη.
Στη δεύτερη δημοσίευση του Nature, χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα της πρώτης δημοσίευσης για να προσδιοριστεί που βρίσκονταν τα σουπερνόβα όταν εξερράγησαν. Η ανάλυση έδειξε ως πιθανή θέση και για τα δύο σουπερνόβα την περιοχή άστρων Σκορπιού-Κενταύρου (Sco-Cen), μια χαλαρά δεσμευμένη συστάδα νεαρών άστρων που βρίσκονται τώρα σε απόσταση περίπου 390 έως 470 έτη φωτός από τη Γη. Πολλά από αυτά τα άστρα είναι αρκετά μεγάλα ώστε να μετατραπούν σε σουπερνόβα. Επιπλέον, ο Ήλιος μας βρίσκεται κοντά στο μέσον αυτού που ονομάζεται Τοπική Φυσαλλίδα, μια τεράστια κοιλότητα με διαστρικό υλικό ανάμεσα στα άστρα του Γαλαξία μας. Η φυσαλλίδα διογκώθηκε από τις εκρήξεις σουπερνόβα στην περιοχή Sco-Cen πριν από περίπου 14 εκατομμύρια χρόνια. Πιθανότατα πραγματοποιήθηκαν 14 έως 20 εκρήξεις τέτοιων άστρων. Αυτό το χρονοδιάγραμμα συμφωνεί με τις κορυφές του σιδήρου-60 που παρατηρούνται στα ιζήματα των ωκεανών.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα δύο σουπερνόβα μπορεί να συνέβαλαν στην πιο πρόσφατη κορυφή, με το ένα να εκρήγνυται πριν από 2,3 εκατομμύρια χρόνια και το άλλο πριν από 1,5 εκατομμύρια χρόνια. Και τα δύο άστρα απείχαν περίπου 300 έτη φωτός από τη Γη όταν εξερράγησαν. Η ποσότητα του σιδήρου-60 στα ιζήματα είναι στην πραγματικότητα πολύ μικρή, περίπου 100.000 άτομα ανά γραμμάριο υλικού. (Προσέξτε, ένα γραμμάριο ιζήματος έχει περίπου 1022 άτομα, οπότε ο σίδηρος-60 αποτελεί μόνο ένα εξαιρετικά μικροσκοπικό τμήμα του!)
Αλλά το εκπληκτικό είναι πως τα απομεινάρια των άστρων που εξεράγησαν 2.800.000.000.000.000 (=2,8×1015) χιλιόμετρα μακριά από τη Γη βρέθηκαν στον πυθμένα των ωκεανών.
Και να ληφθεί υπόψιν ότι ο σίδηρος-60 αποτελεί ένα μικρό κλάσμα του υλικού που εκτοξεύεται από ένα σουπερνόβα. Το υπόλοιπο της εκτοξευόμενης ύλης – περισσότεροι από 1028 τόνοι – επιταχύνεται επίσης προς τα έξω με ταχύτητες δεκάδων εκατομμυρίων χιλιομέτρων την ώρα. Η ύλη ενός κοντινού σουπερνόβα που φτάνει στη Γη, είναι μερικές εκατοντάδες τόνοι για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μπορεί να ακούγεται πολύ, αλλά περίπου η ίδια ποσότητα μετεώρων και μετεωριτών πέφτουν στην ατμόσφαιρά μας κάθε μέρα. Έτσι, τα σουπερνόβα δεν αυξάνουν σημαντικά την μάζα της Γης, ούτε αποτελούν μεγάλο κίνδυνο για εμάς με αυτόν τον τρόπο.
H Lucy κοιτάζει στον ουρανό
Κάθε λίγα εκατομμύρια χρόνια, ένα σουπερνόβα συμβαίνει αρκετά κοντά στη Γη ώστε να μας βομβαρδίσει με ραδιενεργά συντρίμμια. Αυτό σημαίνει ότι, κατά τη διάρκεια της ζωής του πλανήτη μας, έχουμε χτυπηθεί χιλιάδες φορές από τις στάχτες άστρων που έσβησαν με εκρηκτικό τρόπο, και μέρος αυτού του υλικού ήταν πιθανότατα αρκετά κοντά ώστε να προκαλέσει καταστροφές στον πλανήτη.
Στην περίπτωση της πιο πρόσφατης έκρηξης σουπερνόβα που επηρέασε την Γη, στον πλανήτη μας ζούσαν αρκετοί από τους κοντινούς μας προγόνους, όπως ο Αυστραλοπίθηκος Λούσι, που περπάτησε στη Γη πριν από περίπου τρία εκατομμύρια χρόνια. Μπορεί η Λούσι να έχασε αυτό το συγκεκριμένο γεγονός, όμως κάποιοι απόγονοί της σίγουρα θα αναρωτήθηκαν γι αυτό το εκπληκτικά λαμπρό φως που εμφανίστηκε αναπάντεχα στον ουρανό. Πιο φωτεινό από κάθε άλλο άστρο, ακόμα και από την πανσέληνο.
Σήμερα, εκατομμύρια χρόνια μετά, βρισκόμαστε εδώ στο ίδιο μέρος, κι ακόμα αναρωτιόμαστε για το ίδιο γεγονός που άφησε τα σημάδια του στο πυθμένα των ωκεανών. Η διαφορά είναι ότι τώρα έχουμε τα εργαλεία για να το ερευνήσουμε και να κατανοήσουμε την βαθύτερη επίδραση που έχουν αυτές οι τρομακτικές κοσμικές εκρήξεις στον πλανήτη μας.
Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στα άρθρα του Phil Plait στο περιοδικό Scientific American, Surprising Supernova Scars Cover the Earth και Don’t Panic – At Least, Not about a Nearby Supernova
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΣΟΥΠΕΡΝΟΒΑ
physicsgg 
Σχολιάστε