Следующий раздел: 4. Химические элементы Выше по контексту: Проект Краткая Энциклопедия Химия (Вопросы Предыдущий раздел: 2. Химия в природе   Алфавитный индекс

Разделы

3. Химия во Вселенной


3.1 Геохимия и сверхновые звезды

Взрывы сверхновых -- явление поистине грандиозное и очень редкое, даже в масштабе целой галактики. За секунды массивная звезда выбрасывает в окружающее пространство громадную энергию ($ 10^{41}$ Дж и более) в виде излучения во всем диапазоне электромагнитных волн, в виде мощного потока нейтрино и, наконец, в виде кинетической энергии вещества внешней оболочки, которую звезда также сбрасывает в считанные мгновения. На некоторое время одна единственная звезда может затмить всю галактику!

Казалось бы, что может быть общего между такими космическими катастрофами и спокойной наукой геохимией? Оказывается - немало.

В недавней статье [2] были проанализированы данные 1975 года по зависимости концентрации нитратов в антарктических льдах от глубины. Еще тогда были отмечены резкие пики концентрации, приблизительно совпадающие по времени с самыми яркими вспышками сверхновых за последнее тысячелетие (а именно, 1604, 1572 и 1181 годы). Было высказано предположение, что эти пики есть результат облучения Земли мощными потоками гамма-лучей, т.е. высокоэнергетических фотонов, родившихся при взрыве сверхновой. Достигая поверхности Земли, это излучение могло вызвать ядерные превращения, в результате которых появлялось избыточное содержание атомов азота по сравнению с их естественной, природной концентрацией в данном пласте.

Однако, в данных имелся пик концентрации нитратов, приходящийся примерно на 1300 год, которому не соответствовала ни одна известная тогда сверхновая. Из-за этого красивая гипотеза находилась под некоторым сомнением --а вдруг все это лишь случайное совпадение?

Однако, около года назад недостающая сверхновая была найдена ([3]). Говоря точнее, была обнаружена туманность в созвездии Парус (в южном полушарии), которая является остатком взрыва сверхновой. Чисто из астрономических наблюдений, возраст ее был определен очень неточно: менее 1500 лет. По всей видимости, это и была та сверхновая, которая вызвала всплеск концентрации нитратов в антарктических льдах -- уж слишком маловероятно еще одно совпадение. Но тогда получается, что ее возраст составляет $ 700 \pm 20$ лет, а эта информация, в свою очередь, может быть очень важна для астрономов!

В результате -- мы видим пример, когда две, казалось бы, далекие друг от друга науки неожиданно приходят на помощь друг к другу.

Вторым примером взаимодействия геохимии и астрономии может служить другой, совсем уж экзотический, способ обнаружения сверхновых. В статье [4] сообщается о том, что в образцах земной коры, взятых со дна южной части Тихого океана, обнаружен радиоактивный изотоп железа $ Fe_{60}$. Период полураспада этого изотопа составляет всего 1.5 миллиона лет, что очень мало по геологическим масштабам. Поэтому, даже если бы $ Fe_{60}$ присутствовал в больших количествах при образовании Земли (4-5 млрд. лет назад), то он за это время успел бы весь распасться. Поскольку $ Fe_{60}$ не мог также получиться и при радиоактивном распаде долгоживущих тяжелых элементов, то приходится делать вывод, что этот изотоп попал на дно океана откуда-то из космоса.

Известно, что единственным источником тяжелых элементов во Вселенной являются взрывы сверхновых. (Вдумайтесь еще раз - ВСЕ вещество, что вы видите вокруг, образовалось в результате взрыва сверхновой 5-6 миллиардов лет назад на месте теперешнего положения Солнечной системы!). Поэтому авторы этой работы сделали вывод о том, что после взрыва сверхновой около 5 миллионов лет назад вблизи Солнечной системы (т.е. не далее, чем 30-50 парсек), волна вещества оболочки, сброшенного звездой во время взрыва, дошла до Солнечной системы, преодолела давление солнечного ветра и попала на Землю.

Кроме рассуждений о невозможности другого механизма появления $ Fe_{60}$ на дне океана, авторы приводят и другие аргументы в подтверждение своей гипотезы, а именно, результаты сравнения расчетного потока $ Fe_{60}$ при взрыве сверхновой с обнаруженной концентрацией $ Fe_{60}$, а также данные о составе межпланетной среды, полученные с аппарата ``Ulysses''. Все они свидетельствуют в пользу такого вывода. Таким образом, сверхновые могут напрямую воздействовать на биосферу Земли и оставлять заметные следы.


Литература:

1.
Краткое, но очень четкое описание процессов, происходящих при взрывах сверхновых.

2.
"Footprints of the Newly-Discovered Vela Supernova in Antarctic Ice Cores?" (электронный препринт, сентябрь 1999).

Выдвигается предположение об идентификации недавно обнаруженной сверхновой с источником повышенного содержания нитратов в антарктических льдах, относящихся ко времени около 700 лет назад.

3.
B. Aschenbach,"Discovery of a young nearby supernova remnant", Nature 396, 141-142 (11-12-1998)

Сообщение об обнаружении остатка взрыва относительно недавней сверхновой в созвездии Парус.

4.
K.Knie et al., "Indication for supernova produced Fe-60 activity on Earth", Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 18; 5 July 1999.

Сообщается об обнаружении радиоактивного изотопа железа $ Fe_{60}$ в образцах, взятых со дна Тихого океана.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru



E.M.Baldin@inp.nsk.su
23 Января 2000