Prijetnje iz svemira — Kako kozmičke eksplozije utječu na Zemlju

Svake sekunde, otprilike 50 zvijezda u kozmosu eksplodira. Eksplozije zvijezda su intrigantne pojave koje emitiraju ogromne količine radijacije – i ukoliko se dogode dovoljno blizu Zemlje, mogu ugroziti život na našem planetu.

---

Zvijezde kao što je Sunce odlikuju se iznimnom konstantnošću. Njihova svjetlina varira za tek 0,1% kroz godine i desetljeća, zahvaljujući procesu fuzije vodika u helij koji ih napaja. Ovaj proces će omogućiti Suncu da neprekidno svijetli još približno 5 milijardi godina. Međutim, kada zvijezde potroše svoje nuklearno gorivo, njihov kraj može biti spektakularan. Sunce će, kad dođe vrijeme, umrijeti tako da će se prvo znatno povećati, a zatim kondenzirati u vrstu zvijezde poznatu kao bijeli patuljak. Ali zvijezde koje su više od osam puta masivnije od Sunca završavaju svoj životni vijek kroz dramatičnu eksploziju poznatu kao supernova.

Supernove u našoj galaksiji, Mliječnom putu, događaju se samo nekoliko puta stoljeću, a te eksplozivne pojave obično su dovoljno udaljene da ljudi na Zemlji ne primjećuju njihove učinke. Da bi umiruća zvijezda imala bilo kakav utjecaj na život na Zemlji, morala bi eksplodirati kao supernova unutar 100 svjetlosnih godina od nas. Chris Impey, Sveučilišni istaknuti profesor astronomije na Sveučilištu u Arizoni, bavi se proučavanjem kozmologije i crnih rupa. U svojim istraživanjima o kozmičkim završecima, Impey je opisao prijetnje koje zvjezdane kataklizme poput supernova i povezanih pojava, kao što su gama-zračni bljeskovi, predstavljaju za život na Zemlji. Iako su većinom ove kataklizme udaljene, one koje se dogode bliže našem domu mogu predstavljati ozbiljnu prijetnju.

Supernova

Samo rijetke zvijezde posjeduju dovoljno masu da njihov kraj bude obilježen kao supernova. Kada do toga dođe, takva zvijezda na trenutak postane blistava poput milijardi drugih zvijezda. Uzimajući u obzir da se supernova u prosjeku dogodi jednom u 50 godina, a s obzirom na 100 milijardi galaksija u svemiru, supernova eksplodira svake stotinke sekunde. Zvijezda na samrti emitira visokoenergetsko zračenje u obliku gama zraka, koje predstavljaju elektromagnetsku radijaciju s mnogo kraćim valnim duljinama od vidljivog svjetla, čineći ih nevidljivima ljudskom oku. Pored toga, zvijezda otpušta struju visokoenergetskih čestica, poznatih kao kozmičke zrake, koje su subatomske čestice koje putuju gotovo brzinom svjetlosti.

Iako su supernove unutar naše galaksije, Mliječnog puta, rijetkost, nekoliko njih bilo je dovoljno blizu Zemlje da uđu u povijesne zapise. U 185. godini prije nove ere, zabilježena je pojava zvijezde na nebu tamo gdje prije nije bila, što ukazuje na moguću supernovu. Zabilješke iz raznih krajeva svijeta iz 1006. godine govore o iznenadnom pojavljivanju svijetle zvijezde, koju su kasnija astronomska istraživanja identificirala kao supernovu udaljenu 7,200 svjetlosnih godina. Zatim, 1054. godine, kineski astronomi su dokumentirali zvijezdu vidljivu na dnevnom nebu, koju su kasniji astronomi prepoznali kao supernovu na udaljenosti od 6,500 svjetlosnih godina.

Johannes Kepler bio je svjedok posljednje dokumentirane supernove u Mliječnom putu 1604. godine, što nam ukazuje na to da bi pojava sljedeće mogla biti blizu, sudeći prema statističkim očekivanjima. Crveni superdiv Betelgez, smješten u sazviježđu Oriona i udaljen 600 svjetlosnih godina od nas, predstavlja najbližu masivnu zvijezdu koja je na rubu svog životnog ciklusa. Kada dođe do njene eksplozije u obliku supernove, očekuje se da će biti toliko sjajna da će se moći uspoređivati s osvjetljenjem punog Mjeseca, promatrajući s Zemlje, bez da pritom ugrozi biološki život na planeti. Ipak, postoji potencijalni rizik ukoliko do eksplozije supernove dođe u neposrednoj blizini Zemlje; gama zračenje moglo bi narušiti ključne planetarne obrambene mehanizme koji podupiru život na Zemlji. S obzirom na ograničenu brzinu svjetlosti, za promatranje eksplozije supernove koja se dogodi 100 svjetlosnih godina od Zemlje, potrebno je čekati stotinu godina.

Istraživanja supernova

Nedavna astronomska otkrića ukazala su na tragove supernove udaljene 300 svjetlosnih godina koja je eksplodirala prije 2,5 milijuna godina. Radioaktivni atomi, pronađeni u sedimentima morskog dna, poslužili su kao neupitni dokazi tog događaja. Gama zračenje iz tog događaja dovelo je do erozije ozonskog sloja, vitalne zaštite od štetnog solarnog zračenja, što je vjerojatno rezultiralo globalnim hlađenjem klime i izumiranjem određenih drevnih vrsta. Rizik od supernove umanjuje se s povećanjem udaljenosti; gama zrake i kozmičke zrake, jednom emitirane, raspršuju se u svim smjerovima, smanjujući tako intenzitet radijacije koji doseže Zemlju ovisno o udaljenosti. Na primjer, ukoliko bismo usporedili dvije identične supernove, od kojih je jedna deset puta bliža Zemlji od druge, Zemlja bi bila izložena stotinu puta jačem zračenju od bliže supernove.

Supernova koja bi eksplodirala unutar 30 svjetlosnih godina od Zemlje imala bi katastrofalne posljedice, znatno osiromašivši ozonski sloj, poremetivši morski ekosustav i vjerojatno uzrokovavši masovna izumiranja. Postoji teorija nekih astronomskih stručnjaka da su supernove koje su se dogodile blizu Zemlje bile pokretači serije masovnih izumiranja prije 360 do 375 milijuna godina. Na sreću, događaji takve magnitude unutar 30 svjetlosnih godina od Zemlje iznimno su rijetki, događajući se jednom u nekoliko stotina milijuna godina. Međutim, valja napomenuti da supernove nisu jedini izvor gama zraka; sudari neutronskih zvijezda također generiraju visokoenergetske pojave koje se kreću od gama zraka do gravitacijskih valova.

Bljesak gama-zračenja

Neutronske zvijezde, koje nastaju kao ostaci supernova, su nevjerojatno gusti objekti, veličine prosječnog grada, ali s gustoćom koja je slična onoj atomske jezgre, čime su te zvijezde do 300 trilijuna puta gušće od Sunca. Procesi koji se odvijaju tijekom sudara takvih zvijezda imaju ključnu ulogu u stvaranju značajnih količina zlata i drugih plemenitih metala na Zemlji. Ekstremni tlak tijekom ovih sudara prisiljavaju neutrone da se integriraju u atomske jezgre, što dovodi do formiranja težih elemenata, uključujući zlato i platina. Osim toga, kada se neutronske zvijezde sudare, generiraju se intenzivni bljeskovi gama zraka, fokusirani u snažne snopove zračenja. Ako bi takav bljesak gama-zračenja pogodio Zemlju s udaljenosti unutar 10,000 svjetlosnih godina, odnosno unutar 10% promjera naše galaksije, posljedice bi bile dramatične, uključujući ozbiljno oštećenje ozonskog sloja te potencijalnu štetu na DNK stanica, što bi moglo rezultirati uništenjem jednostavnijih oblika života, poput bakterija.

Iako mogu izazvati zabrinutost, sudari neutronskih zvijezda nisu česti događaji unutar Mliječnog puta, događajući se otprilike jednom svakih 10,000 godina, čime su stotinu puta rjeđi od supernovih. Ipak, u vastnom prostranstvu svemira, ovakvi sudari odvijaju se svakih nekoliko minuta. Premda bljeskovi gama-zračenja ne predstavljaju izravnu i neposrednu opasnost za život na Zemlji, kroz dugotrajne vremenske periode neizbježno je da će neki od tih bljeskova pogoditi naš planet. Postoji 50% vjerojatnost da je bljesak gama-zračenja uzrokova masovno izumiranje u posljednjih 500 milijuna godina i 90% kroz 4 milijarde godina postojanja života na Zemlji. Stoga je vjerojatno da je bljesak gama-zračenja bio uzročnik barem jednog od pet masovnih izumiranja tijekom posljednjih 500 milijuna godina. Postoje teorije nekih astronomskih stručnjaka da je upravo bljesak gama-zračenja izazvao prvo veliko masovno izumiranje prije 440 milijuna godina, kada je nestalo 60% morskih vrsta.

Ekstremni astrofizički fenomeni imaju dalekosežne učinke. To je ponovno postalo jasno u listopadu 2022. godine, kada je snažan val radijacije preplavio Sunčev sustav, uzrokujući preopterećenje svih gama-zračnih teleskopa u orbiti. Ovaj incident predstavljao je najsvjetliji bljesak gama-zračenja zabilježen od početka civilizacije. Iznenadna smetnja izazvana u ionosferi Zemlje, unatoč udaljenom izvoru eksplozije gotovo 2 milijarde svjetlosnih godina, nije izravno utjecala na život na Zemlji, ali je promjena ionosfere služila kao opomena o potencijalnim posljedicama sličnog događaja unutar naše galaksije, koji bi bio do milijun puta intenzivniji.