Régi szupernóvák ujjlenyomatai látszanak a fák évgyűrűiben?

4694

Egy új kutatási eredmény szerint lehetséges, hogy a fák évgyűrűiben a radioaktív szén-14 izotópok szupernóvák hatására halmozódtak fel. A lehetséges szupernóvák maradványait is sikerült azonosítani.

A Föld légkörébe érkező elsődleges kozmikus gamma-, valamint részecskesugárzás másodlagos részecskezáporokat, “zuhatagokat” (az irodalomban kaszkádoknak is nevezik ezeket) eredményez. Az elsődleges és másodlagos részecskék kölcsönhatnak a légkört alkotó gáz összetevőivel, és módosíthatják azokat, például a nitrogén-14 izotópját szén-14-es izotóppá alakíthatják át. A szénnek két stabil (nem radioaktív) izotópja van: a szén-12 (12C) és a szén-13 (13C). Ezeken kívül a Földön a természetben előfordul kis mennyiségű instabil, vagyis radioaktív szénizotóp is, a szén-14 (14C). Utóbbi felezési ideje 5730 év, és régen eltűnt volna a Földről, ha bolygónk légkörében a kozmikus sugárzás nem hozná létre folyamatosan.

A szén-14 legnagyobb mértékben a 9-15 km-es magasságban jön létre, és a légáramlás következtében egyenletesen szétterjed az egész légkörben, reakcióba lép az oxigénnel, ennek eredménye pedig olyan szén-dioxid lesz, amelyben a szénatom a szén 14-es izotópja. A szén-14 állandó termelődése csak kis mennyiségben növeli meg a radioaktív szénizotópok alkotta “hátteret”, de néha rövid időre a háttérszintet jóval meghaladó mennyiségben, “csúcsokban” is megjelenik a szén-14, és ezek a feldúsulások például ősi fák törzsében, évgyűrűiben kimutathatók. Az ilyen hirtelen feldúsulások néhány évig is eltartanak, ami a fák élettartamához képest rövid ugyan, de a hatás az évgyűrűkben kimutatható. Ugyanis a növények – köztük a fák is – felveszik és beépítik magukba a szenet. Amennyiben a szokásos háttérhez képest túl sok szén-14 van jelen, akkor ez felhalmozódhat a fák évgyűrűiben, és időnként csúcsokat mutat.

A kozmikus sugárzás részecskéi által előidézett részecskezápor vagy részecskezuhatag (kaszkád) a légkörben. Például a nagy energiájú gamma-fotonok pozitron-elektron párokból álló kaszkádot hoznak létre (NASA illusztrációs képgyűjtemény)

Korábban a legtöbb kutató azt feltételezte, hogy a szén-14 okozta csúcsokat csak a szupernagy napkitörésekből érkező gamma-sugárzás, illetve részecskesugárzás hozhatta létre, és csak kevesen adtak egy másik lehetséges magyarázatot erre, nevezetesen azt, hogy a Tejútrendszerben felrobbant szupernóvák gamma-sugárzásának földi légkörre gyakorolt hatása lehet az oka a szén-14 időnkénti megnövekedésének.

Most G. Robert Brakenridge, az amerikai Colorado Egyetem (Boulder, CO)
Sarkvidéki és Alpesi Kutatások Intézetének geológiaprofesszora az elmúlt 40 ezer évből származó fosszilis fák évgyűrűit vizsgálta meg abból a szempontból, hogy a szén-14 izotóp mikor mutat csúcsokat az általános földi háttér mennyiségéhez képest, azaz mikor dúsult fel ez az izotóp a Földön, legalábbis rövid időre. Brakenridge azt feltételezte, hogy szupernóvák földi légkörre gyakorolt hatása az oka a szén-14 időnkénti feldúsulásnak, és a korábban már meghatározott csúcsokhoz keresett a csúcs nagyságának és időtartamának megfelelő szupernóvákat.

Művészi elképzelés egy szupernóva-robbanásról és a létrejött pulzár sugárnyalábjáról
(Mark Garlick, Getty Images)

Nézzük, milyen geológiai időszakot is fog át ez a vizsgálat! Tudjuk, hogy a földtörténeti pleisztocén időszak 2,58 millió évvel ezelőtt kezdődött, és 11700 évvel ezelőtt ért véget, ettől kezdve már a ma is tartó földtörténeti jelenkor (holocén) következett. Tehát 40 ezer évvel ezelőtt már a pleisztocén legkésőbbi korszaka zajlott, amelyben többek között a neandervölgyi és a legelső cro-magnoni emberek is léteztek.

Brakenridge szerint a szén-14 fák évgyűrűiben kimutatható feldúsulásait a tejútrendszerbeli szupernóva-robbanások során keletkezett kemény gamma- és részecskesugárzás földi légkörre gyakorolt hatása hozta létre. Mivel az ismert szupernóva-maradványokról már igen részletes megfigyelési anyag gyűlt össze, a 40 ezer éven belüli robbanások maradványainak katalógusa szinte teljesnek tekinthető, mert a maradvány táguló felhői még nem oszlottak szét a kozmikus időskálán rövidnek számító néhány ezer vagy tízezer év alatt, és így jól megfigyelhetők. Brakenridge 18, 40 ezer évnél fiatalabb szupernóva-maradványt azonosított. Ezek közül a legközelebbi 0,25 kiloparszek (815 fényév), a legtávolabbi 1,56 kiloparszek (5085 fényév) távolságra van tőlünk, tehát a 40 ezer évesnél nem idősebb szupernóva-maradványok mintegy 1,5 kiloparszeken belül vannak. Egyébként ezek a szupernóvák mind kívül esnek a földi életre veszélyes 10-20 parszek (32-65 fényév) távolságon. Brakenridge szerint nagy távolságuk ellenére a vizsgálatokhoz talált 18 szupernóva néhány évig tartó gamma-sugárzási hatása kimutatható mértékben megnövelte a szén-14 légköri mennyiségét, ami aztán beépült a fák évgyűrűibe.

A Vela szupernóva-maradványt mutató látványos kép egy 300 mm-es Pentax 67 SMCP ED(IF) f/4 teleobjektívvel, Paramount ME mechanikával, FLI Proline 16803 CCD-vel (-30 °C), H-alfa, OIII R,G,B szűrőkön keresztül rögzített felvételek összekombinálásával készült (M. Lorenz, Coonabarabran, NSW, Australia)

Ezek közül nyolc közeli szupernóva produkált jelentős mértékű csúcsot a fák évgyűrűiből meghatározott szén-14-háttérhez képest. Közülük a legnagyobb csúcsot mutató négy szupernóva: Vela (mintegy 12 ezer évvel ezelőtt robbant), S165 (kb. 7400 éve), Vela Jr. (nagyjából 2700 éve), HB9 (mintegy 5300 éve). Mindegyik kora megfelel a fák megfelelő évgyűrűi korának, és a szén-14 azokból meghatározott csúcsparamétereinek (erősség, időtartam).

Brakenridge felhívta arra a figyelmet, hogy a fák évgyűrűiben talált szén-14-csúcsok és a szupernóvák kapcsolata csak közvetett és nem erős, de megfontolandó bizonyíték. Több kutató pedig továbbra is inkább a Nap szupererős kitöréseiben látja a csúcsok magyarázatát, tehát a földi szén-14 feldúsulásának magyarázatára a kozmikus hatások közül még nem találtak perdöntőt.

Szeretnénk továbbá arra is emlékeztetni, hogy a földi légköri villámok is kelthetnek gamma-sugárzást, illetve nitrogént, ami szintén befolyásolhatja a nitrogén és a szén-14 izotóp mennyiségét a légkörben, de az ebből származó felszíni feldúsulásnak, a szén-14 háttérszint-alakulásának becslése még a kezdeti vizsgálatoknál tart, ennek taglalása túlmutat ezen hír keretein.

A szén-14 fák évgyűrűiben történő feldúsulásának és a szupernóvák lehetséges hatásának összefüggését ismertető tudományos közlemény az International Journal of Astrobiology folyóiratban jelent meg.

A hír megjelenését a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt támogatta.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás