Астрономы составили портрет вспыхнувшей 2,5 миллиона лет назад в окрестностях Земли сверхновой

Астрономы определили возможные местоположения вспышки сверхновой, которая могла обогатить 2,5 миллиона лет назад Землю изотопом железа-60 и подвергнуть повышенному облучению космическими лучами. Предполагается, что это массивная звезда из ассоциаций Верхнего Центавра—Волка или Тукана — Часов. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.

Вспышки сверхновых играют важную роль в контексте обитаемости планет и способны привести к гибели множества видов или повысить уровень облучения планеты космическими лучами и излучением, что приведет к росту числа мутаций. В случае Земли вспышки сверхновых обогатили вещество протосолнечной туманности тяжелыми элементами. Несколько миллионов лет назад Солнечная система вошла в Местный Пузырь (сверхпузырь расширяющейся плазмы в межзвездной среде, созданный 15 вспышками сверхновых за 15 миллионов лет), шириной около 978 световых лет, и сейчас находится вблизи его центра.

Оценить, когда Солнечная система и, в частности, Земля, подвергалась повышенному облучению заряженными частицами от сверхновых, можно по отложениям в осадочных породах и коре радиоактивного изотопа железа-60, который имеет космическое происхождение. Изотоп содержится в пылинках, возникавших в ходе вспышек и состоящих из протосиликатов, диоксида кремния и оксида железа.

Группа астрономов во главе с Кейтлин Ноджири (Caitlyn Nojiri) из Калифорнийского университета в Санта-Крусе решила разобраться, когда Солнечная система оказывалась в поле действия выбросов сверхновых. Для этого они пользовались данными по накоплению железа-60 в коре на дне океанов, известных свойствах Местного Пузыря и ближайших звездных скоплений, а также данных по спектру космических лучей, полученных наземными детекторами.

Пики накопления железа-60 соответствуют временным отметкам в 2–3 и 5–7 миллионов лет назад; последний связывается с моментом вхождения Солнечной Системы в Местный Пузырь. Изотоп может распространяться в составе плазмы ударной волны сверхновой или в составе пылинок, движимых ударной волной, что позволяет оценивать времена его диффузии в межзвездной среде.

Ученые пришли к выводу, что для объяснения второго пика накопления изотопа железа-60 наиболее правдоподобно выглядит модель, в которой 2,5 миллиона лет назад произошла вспышка сверхновой в виде коллапса ядра массивной звезды в звездной ассоциации Верхнего Центавра—Волка (около 456 световых лет) или ассоциации Тукана — Часов (около 228 световых лет).

В пользу этой идеи говорят и другие факты. Во-первых, в ассоциации Верхнего Центавра—Волка ранее был обнаружен относительно молодой пузырь, протяженностью 146 световых лет, а также убегающий пульсар PSR J1932+1059 и убегающая звезда Дзета Змееносца, которые покинули ассоциацию около трех миллионов лет назад. Все эти объекты вписываются в модель вспышки сверхновой. Во-вторых, если предположить, что вспышка сверхновой была певатроном, способным ускорять частицы до огромных энергий и порождала космические лучи с общей энергией на уровне 10⁴⁹ эрг, то это позволяет объяснить появление излома («колена») в спектре космических лучей и крупномасштабную анизотропию между ста тераэлектронвольтами и ста петаэлектронвольтами.

В Солнечной системе также находили вещество сверхновой с горящим водородом.