Två närliggande supernovor som exploderade för cirka 2,5 och åtta miljoner år sedan kunde ha resulterat i en förskjuten utarmning av jordens ozonskikt, leder till en mängd olika återverkningar för livet på jorden.

Särskilt, För två och en halv miljon år sedan förändrades jorden dramatiskt. Pliocen, som var en varm och ljummen epok, var över och Pleistocen, en era av upprepad glaciation känd som istiden, började. Naturliga variationer i jordens omloppsbana och vingling förklarade sannolikt klimatförändringen, men den samtidiga händelsen av en supernova skulle kunna ge insikter om livets diversifiering under denna epok.

Denna supernova tros ha inträffat mellan 163 och 326 ljusår (50–100 parsecs) från jorden. För perspektiv, vår närmaste stjärngranne, Proxima Centauri, är 4,2 ljusår bort.

Konsekvenser för jorden

Supernovor kan sterilisera alla närliggande bebodda planeter som råkar vara i vägen för deras skadliga joniserande strålning. Kan närliggande supernovor orsaka förödelse på vår planets existerande biologi? En forskare ville ta reda på det. Dr Brian Thomas, en astrofysiker vid Washburn University i Kansas, USA, modellerade de biologiska effekterna på jordens yta, baserat på geologiska bevis på närliggande supernovor för 2,5 miljoner och 8 miljoner år sedan. I sin senaste tidning, Thomas undersökte kosmiska strålar från supernovorna när de fortplantade sig genom vår atmosfär till ytan, att förstå deras effekt på levande organismer.

Om man tittar på fossilregistret under gränsen mellan Pliocen och Pleistocen (2,5 miljoner år sedan), vi ser en dramatisk förändring i fossilregistret och i landtäcket globalt. Thomas säger till Astrobiology Magazine att "det fanns förändringar, speciellt i Afrika, som gick från att vara mer skogbevuxen till mer gräsmark." Under denna tid visar det geologiska rekordet en förhöjd global koncentration av järn-60 (60Fe), som är en radioaktiv isotop som produceras under en supernova.

"Vi är intresserade av hur exploderande stjärnor påverkar livet på jorden, och det visar sig för några miljoner år sedan att det skedde förändringar i de ting som levde vid den tiden, " säger Thomas. "Det kan ha varit kopplat till den här supernovan."

Till exempel, det skedde en förändring i förekomsten av arter under gränsen mellan Pliocen och Pleistocen. Även om inga större massutrotningar inträffade, det var en högre grad av utrotning i allmänhet, mer artbildning och en förändring i vegetationen.

Inte fullt så dödligt

Hur skulle en närliggande supernova påverka livet på jorden? Thomas beklagar att supernovor ofta exemplifieras som "supernova går av och allt dör", men så är det inte riktigt. Svaret ligger i atmosfären. Förutom solskydd, ozonskiktet skyddar all biologi från skadliga, genetiskt förändrande ultraviolett (UV) strålning. Thomas använde globala klimatmodeller, nya atmosfäriska kemiska modeller och strålningsöverföring (utbredning av strålning genom atmosfärens lager) för att bättre förstå hur flödet av kosmiska strålar från supernovor skulle förändra jordens atmosfär, speciellt ozonskiktet.

En sak att notera är att kosmiska strålar från supernovor inte skulle spränga allt i deras vägar på en gång. Det intergalaktiska mediet fungerar som ett slags såll, bromsa ankomsten av kosmiska strålar och "radioaktivt järnregn" (60Fe) under hundratusentals år, Thomastells Astrobiology Magazine. Högre energetiska partiklar kommer att nå jorden först och interagera med vår atmosfär på ett annat sätt än lägre energipartiklar som kommer senare. Thomas studie modellerade utarmningen av ozon 100, 300, och 1, 000 år efter att de första partiklarna från en supernova började tränga in i vår atmosfär. Intressant, utarmningen nådde en topp (vid ungefär 26 procent) för det 300-åriga fallet, slå ut 100-årsfallet.

De högenergiska kosmiska strålarna i 100-årsfallet skulle glida rakt igenom stratosfären och avsätta sin energi under ozonskiktet, utarmar det mindre, medan de mindre energiska kosmiska strålarna som anländer under 300-årsintervallet skulle avsätta mer energi i stratosfären, utarmar ozon avsevärt.

En minskning av ozon kan vara ett problem för livet på ytan. "Detta arbete är ett viktigt steg mot att förstå effekten av närliggande supernovor på vår biosfär, " säger Dr Dimitra Atri, en beräkningsfysiker vid Blue Marble Space Institute of Science i Seattle, USA.

Blandade effekter

Thomas undersökte flera möjliga biologiskt skadliga effekter (erytem, hudcancer, grå starr, marin växtplanktons fotosyntesinhibering och växtskador) på olika breddgrader till följd av ökad UV-strålning till följd av ett utarmat ozonskikt. De visade ökad skada över hela linjen, ökar i allmänhet med latitud, vilket är vettigt med tanke på de förändringar vi ser i fossilregistret. Dock, effekterna är inte lika skadliga för alla organismer. Plankton, de primära producenterna av syre, verkade vara minimalt påverkad. Resultaten antydde också en liten ökning av risken för solbränna och hudcancer bland människor.

Så, leder närliggande supernovor till massutdöende? Det beror på, säger Thomas. "Det finns ett mer subtilt skifte; istället för ett "utplåna allt", vissa [organismer] har det bättre och vissa har det sämre." Till exempel visade vissa växter ökad avkastning, som sojabönor och vete, medan andra anläggningar visade minskad produktivitet. "Det passar, Thomas säger, hänvisar till förändringen av arter i fossilregistret.

I framtiden, Thomas hoppas kunna utöka detta arbete och undersöka möjliga kopplingar mellan mänsklig evolution och supernovor.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.