Звезды, подобные Солнцу, удивительно постоянны. Их яркость меняется всего на 0,1% в течение многих лет и десятилетий благодаря синтезу водорода с гелием, который их питает. Этот процесс позволит солнцу светить стабильно еще около 5 миллиардов лет, но когда звезды исчерпают свое ядерное топливо, их гибель может привести к пиротехнике. Солнце в конечном счете умрет, увеличившись в размерах, а затем превратившись в звезду, называемую белым карликом. Но звезды, которые более чем в восемь раз массивнее Солнца, погибают в результате взрыва, называемого сверхновой. Вспышки сверхновых случаются в Млечном Пути всего несколько раз в столетие, и эти мощные взрывы обычно происходят достаточно далеко, чтобы люди здесь, на Земле, их не заметили. Чтобы умирающая звезда оказала какое-либо влияние на жизнь на нашей планете, она должна была стать сверхновой в радиусе 100 световых лет от Земли. Я астроном, изучающий космологию и черные дыры.
В своей статье о космических катастрофах я описал угрозу, исходящую от звездных катаклизмов, таких как вспышки сверхновых, и связанных с ними явлений, таких как гамма-всплески. Большинство из этих катаклизмов происходят в отдалении, но когда они происходят ближе к дому, они могут представлять угрозу для жизни на Земле. Очень немногие звезды обладают достаточной массой, чтобы погибнуть в результате взрыва сверхновой. Но когда это происходит, их яркость на короткое время может сравниться с яркостью миллиардов звезд. Одна сверхновая звезда появляется каждые 50 лет, а во Вселенной насчитывается 100 миллиардов галактик, и где-то во Вселенной сверхновая взрывается каждую сотую долю секунды. Умирающая звезда испускает высокоэнергетическое излучение в виде гамма-лучей. Гамма-лучи - это разновидность электромагнитного излучения с длиной волны, намного меньшей, чем у световых волн, что означает, что они невидимы для человеческого глаза. Умирающая звезда также испускает поток высокоэнергетических частиц в виде космических лучей: субатомных частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.
Сверхновые в Млечном Пути редки, но некоторые из них были настолько близки к Земле, что о них упоминают исторические источники. В 185 году нашей эры в месте, где ранее не было видно ни одной звезды, появилась звезда. Вероятно, это была сверхновая. Наблюдатели по всему миру видели, как в 1006 году нашей эры внезапно появилась яркая звезда. Позже астрономы сравнили ее со сверхновой, находящейся на расстоянии 7200 световых лет от нас. Затем, в 1054 году нашей эры, китайские астрономы зафиксировали звезду, видимую на дневном небе, которую астрономы впоследствии идентифицировали как сверхновую на расстоянии 6500 световых лет от нас. Иоганн Кеплер наблюдал последнюю сверхновую в Млечном Пути в 1604 году, так что, с точки зрения статистики, появление следующей запоздало. Находящийся на расстоянии 600 световых лет от нас красный сверхгигант Бетельгейзе в созвездии Ориона является ближайшей массивной звездой, жизнь которой близится к завершению. Когда она превратится в сверхновую, для тех, кто наблюдает за ней с Земли, она будет сиять так же ярко, как полная луна, не причиняя никакого вреда жизни на нашей планете.
Если звезда взорвется как сверхновая достаточно близко к Земле, гамма-излучение может частично нарушить планетарную защиту, которая позволяет жизни процветать на Земле. Из-за ограниченной скорости света возникает временная задержка. Если сверхновая вспыхнет на расстоянии 100 световых лет от нас, нам потребуется 100 лет, чтобы увидеть ее. Астрономы обнаружили свидетельства взрыва сверхновой на расстоянии 300 световых лет от нас, который произошел 2,5 миллиона лет назад. Радиоактивные атомы, застрявшие в донных отложениях, являются характерными признаками этого события. Излучение гамма-лучей разрушило озоновый слой, который защищает жизнь на Земле от вредного солнечного излучения. Это событие привело бы к похолоданию климата, что привело бы к вымиранию некоторых древних видов. Чем дальше, тем безопаснее от сверхновой. Гамма-лучи и космические лучи, испускаемые сверхновой, распространяются во всех направлениях, поэтому их доля, достигающая Земли, уменьшается с увеличением расстояния. Например, представьте себе две одинаковые сверхновые, одна из которых находится в 10 раз ближе к Земле, чем другая. Земля получила бы излучение, которое было бы примерно в сто раз сильнее от более близкого события.
Вспышка сверхновой в радиусе 30 световых лет привела бы к катастрофическим последствиям, серьезно разрушив озоновый слой, нарушив морскую пищевую цепочку и, вероятно, вызвав массовое вымирание. Некоторые астрономы предполагают, что вспышки близлежащих сверхновых спровоцировали серию массовых вымираний 360-375 миллионов лет назад. К счастью, такие события происходят в радиусе 30 световых лет всего раз в несколько сотен миллионов лет. Но гамма-лучи испускают не только сверхновые. Столкновения нейтронных звезд вызывают явления высокой энергии, варьирующиеся от гамма-лучей до гравитационных волн. Оставшиеся после взрыва сверхновой нейтронные звезды представляют собой сгустки материи размером с город и плотностью, равной плотности атомного ядра, то есть в 300 триллионов раз плотнее Солнца. В результате этих столкновений на Земле появилось много золота и драгоценных металлов. Сильное давление, возникающее при столкновении двух сверхплотных объектов, приводит к образованию нейтронов в атомных ядрах, что приводит к образованию более тяжелых элементов, таких как золото и платина.
Столкновение нейтронных звезд приводит к интенсивному выбросу гамма-лучей. Эти гамма-лучи концентрируются в узкую струю излучения, которая создает мощный удар. Если бы Земля оказалась на линии огня гамма-всплеска в радиусе 10 000 световых лет, или 10% диаметра галактики, этот всплеск серьезно повредил бы озоновый слой. Это также привело бы к повреждению ДНК внутри клеток организмов, что привело бы к гибели многих простых форм жизни, таких как бактерии. Это звучит зловеще, но нейтронные звезды обычно не образуются парами, поэтому в Млечном Пути происходит только одно столкновение примерно каждые 10 000 лет. Они происходят в 100 раз реже, чем взрывы сверхновых. По всей Вселенной каждые несколько минут происходят столкновения нейтронных звезд. Гамма-всплески, возможно, и не представляют непосредственной угрозы для жизни на Земле, но в течение очень долгого времени они неизбежно будут поражать Землю. Вероятность того, что гамма-всплеск вызовет массовое вымирание, составляет 50% за последние 500 миллионов лет и 90% за 4 миллиарда лет, прошедших с тех пор, как на Земле появилась жизнь.
Исходя из этих математических расчетов, вполне вероятно, что гамма-всплеск вызвал одно из пяти массовых вымираний за последние 500 миллионов лет. Астрономы утверждают, что гамма-всплеск вызвал первое массовое вымирание 440 миллионов лет назад, когда исчезло 60% всех морских обитателей. Самые экстремальные астрофизические явления имеют длительный радиус действия. Астрономам напомнили об этом в октябре 2022 года, когда по Солнечной системе прокатился импульс излучения, который привел к перегрузке всех гамма-телескопов в космосе. Это был самый яркий гамма-всплеск с момента зарождения человеческой цивилизации. Излучение вызвало внезапное возмущение в ионосфере Земли, несмотря на то, что его источником был взрыв на расстоянии почти 2 миллиардов световых лет. Жизнь на Земле не пострадала, но тот факт, что это изменило ионосферу, отрезвляет — подобная вспышка в Млечном Пути была бы в миллион раз ярче.
