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260万年前的物种灭绝,可能是超新星闯的祸

2019-04-22来源:建设之窗
260万年前的物种灭绝,可能是超新星闯的祸

多年来,科学家们一直在研究超新星如何影响地球上的生命。超新星是非常强大的事件,并且取决于它们与地球的接近程度,它们可能会产生从灾难性的到无关紧要的各种后果。但现在,一篇新论文背后的科学家说,他们有具体的证据表明,一个或多个超新星与260万年前的一次灭绝事件有关。

大约260万年前,一颗或多颗超新星在离地球(约160光年的地方爆炸。与此同时,地球上也发生了一次灭绝事件,称为上新世海洋巨型动物灭绝。当时,地球上多达三分之一的大型海洋物种被灭绝,其中大多数生活在浅海水域。

这篇新的论文揭示了超新星与灭绝之间的联系,并指出被称为μ介子的粒子是罪魁祸首。证据不仅存在于化石记录中,而且存在于大约260万年前沉积在地球上的一层放射性铁中,这层铁被称为铁-60(Iron 60)。证据也在太空中出现,表现为一个或多个超新星形成的膨胀的气泡特征。

这篇论文的主要作者是阿德里安·梅洛特(Adrian Melott),他是堪萨斯大学物理学和天文学名誉教授。梅洛特在一份新闻稿中说,15年来,他一直在研究超新星可能对地球产生的影响。但这篇论文要具体得多,并将上新世的灭绝与特定的超新星联系在一起。梅洛特说:“这一次,情况不同了。我们有证据显示附近在特定时间发生的事件。我们知道他们离地球有多远,所以我们实际上可以计算出这会对地球产生何种影响,并将其与我们当时所知的情况进行比较。”

那么这些细节告诉我们什么呢?

首先,让我们谈谈铁,具体地说,是铁-60。铁-60是铁元素的同位素。同位素就是原子核中含有不同数目的中子的原子。所有的铁都有相同数目的质子-26个,和同样数目的电子,同样也有26个。但它的中子数量可能会有所不同。宇宙中的大部分铁,包括地球上的铁,都是铁-56。铁-56有一个稳定的由26个质子和30个中子组成的原子核。铁-56是稳定的,这意味着它不具有放射性,也不会衰变。

但是在地球上,也有一些铁-60,它有一个不稳定的原子核,包含26个质子和34个中子。它具有放射性,衰变后最终会变成镍。在整个地质记录的不同时期都有铁60的残渣,在260万年前有一个很大的峰值。但事情是这样的:地球上的任何铁-60,地球形成时都会衰变成镍。不会留下任何痕迹。

阿德里安·梅洛特说:“早在20世纪90年代中期,人们就说,‘找铁-60了’。这是一个警示,因为它没有其他途径到达地球,只有来自超新星。“

所以如果在260万年前有一个铁-60的高峰时刻,它一定是从某个地方来的。那个地方只能是空间。由于超新星是唯一能产生铁-60并在太空中传播的物质,所以它必须来是来自超新星。

但是铁-60并没有杀死大型海洋动物。当然,它是有放射性的,但它不是灭绝的罪魁祸首。这只是与灭绝同时存在的超新星的证据。

另一个支持“超新星死亡”理论的证据是:太空中的一个巨大的气泡。

这一特征被称为“局部气泡”(Local Bubble),即星际介质中的空腔。星际介质是存在于星系内恒星系统之间空间的物质和辐射。它基本上是气体、尘埃和宇宙射线,它同样也填满了太阳系之间的空间。

260万年前的物种灭绝,可能是超新星闯的祸

局部气泡是一种被一颗或多颗超新星从星际介质中被掏空的形状。我们的太阳系就在它里面,像心宿二和军市一这样的恒星也在里面。

没有其他事件可以产生局部气泡。当超新星爆炸时,冲击波会清除其区域内的气体和尘埃,形成气泡。气泡并不是完全空的,里面还剩下一些非常热和密度很低的气体。但是大部分的气云都消失了。

梅洛特说:“我们在星际介质中发现了局部气泡,我们就在它的边缘。这是一个300光年长的巨大区域。它基本上是非常热的,非常低密度的气体,几乎所有的气体云都被卷走了。制造这种气泡的最好方法是一连串的超新星将气泡吹得越来越大。“

因此,如果证据,无论是局部气泡还是铁-60,都支持多个超新星的出现,导致上新世海洋巨型动物灭绝,那么这种灭绝到底是什么机制呢?铁-60做不到,太空中的气泡也做不到。发生什么事了?

当超新星在地球上传播铁-60的时候,它并不是唯一从太空降下来的东西。还有µ介子。尽管我们不断地从太空接收µ介子,但大多数µ介子都无害地穿过我们,只有剩余的一小部分与我们相互作用,构成我们经常受到的辐射的一部分。

梅洛特和他的团队说,这一切都归结为亚原子粒子,称为µ介子。对µ介子的最好描述是它是一个非常重的电子,但是一个µ介子的质量是电子的几百倍。他们很有穿透力。即使在正常情况下,也会有很多通过我们,它们几乎全部无害地穿过,但我们的辐射剂量的五分之一来自μ介子。

但当超新星爆炸时,这种情况就改变了。会有比正常背景数多几百倍的µ介子。对于比表面积更大的动物来说,这意味着更多的辐射暴露。

但当被这波宇宙射线击中时,将这些µ介子倍增,但当数量如此之多、能量如此之高时,你就会出现更多的突变和癌症,这主要的生物学效应。我们估计,对于人类大小的物种,癌症发病率会上升大约50%,而且你越大,情况就越糟。对于大象或鲸鱼来说,辐射剂量会上升很多。

因此,遥远的超新星导致撞击地球的µ介子数量激增,增加了癌症的发病率,特别是在大型海洋动物中。一些动物在水中的深度越深,它受到的保护就越多。

在上新世海洋巨型动物灭绝期间,有一种特别大而臭名昭著的海洋动物灭绝了:巨齿鲨。它是地球上有史以来最强大的捕食者之一。

260万年前的物种灭绝,可能是超新星闯的祸

巨齿鲨,有史以来最大的捕食者之一

巨鲨是一种古老的鲨鱼,其体型相当于一辆校车大小。他们就是在260万年前失踪的。所以,我们可以推测它可能与µ介子有关。基本上,这种生物越大,辐射增加的幅度就越大。

正如梅洛特所承认的那样,这里有一些猜测。它的灭绝可能还有其他原因,包括冰河时代导致海洋变冷。在冰河时期,海平面也会下降,这意味着该物种失去了良好的繁殖区。

在那段时间里,巨齿鲨并不是唯一灭绝的物种。在2017年的一篇论文中,研究人员记录了包括哺乳动物、海鸟和海龟在内的其他海洋巨型动物的灭绝。但是否有一颗或更多的超新星造成了这一切?

当时地球正处于气候多变性的时期,因此很难梳理出超新星和气候变化对物种灭绝的个别影响。另一项研究表明,超新星与上新世-更新世灭绝有不同的联系。

在2002年的一项研究中,研究人员观察了局部气泡和地球上的铁-60,并得出结论,两者都是灭绝的一个因素。但他们提出了一种不同的机制。他们认为,超新星导致紫外线冲击地球,杀死食物链底部的小生物,进而导致更大的海洋巨型动物死亡。

对于梅洛特和他的团队来说,超新星µ介子理论就是其中的一部分。堪萨斯大学的研究人员说,超新星的证据,是澄清上新世-更新世灭绝的可能原因的“又一个谜团”。

对于海洋巨型动物的灭绝,还没有任何好的解释,µ介子可能是其中的原因之一。正是这种范式的改变,我们知道发生了什么事,什么时候发生的,所以我们能够真正地深入研究,以一种明确的方式寻找事物。我们现在可以非常明确地知道,辐射的影响将以一种以前不可能的方式发生。

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