附近的超新星对地球上的生命有多危险

生命和超新星不会混合在一起。从远处看，超新星爆炸令人着迷。一颗比我们的太阳质量更大的恒星耗尽了氢并变得不稳定。最终，它会爆炸并释放出如此多的能量，以至于它可以在几个月内比它的宿主星系还要耀眼。但太空广阔且大部分是空的，超新星相对罕见。而且大多数行星不支持生命，所以大多数超新星爆炸可能不会影响生物。

但预印本服务器arXiv上的一项新研究表明，一种超新星的影响范围比想象的要大。它可能会对像我们这样的行星产生影响。

地球对超新星并不陌生。一颗距离地球还不够近，无法对地球进行消毒，但有证据表明超新星已经影响了地球上的生命。

2018年的一篇论文提供了大约260万年前在地球附近爆炸的超新星的证据。它距离我们大约160光年。那篇论文的作者将超新星与上新世海洋巨型动物的灭绝联系起来。在那次事件中，地球上多达三分之一的大型海洋物种被消灭了，但仅限于沿海浅水区。

研究中的这张图显示了靠近发光X射线超新星的行星的辐射暴露时间线。信用：布伦顿等人。2022

另一篇论文在天蝎座-半人马座OB协会中显示了过去1100万年中多达20颗超新星。其中一些距离地球近130光年。该论文的作者说，大约200万年前，一颗超新星在离地球足够近的地方爆炸，破坏了臭氧层。

但是有不同类型的超新星。其中一些具有更长的覆盖范围和更长的持续时间。科学家们早就知道超新星在爆炸过程中释放的强大伽马射线。他们还知道可能在数百或数千年后到达的宇宙射线。如果这发生在离地球这样的行星足够近的地方，宇宙射线会耗尽臭氧层并增加地表的μ介子辐射。

IIn型X射线发光超新星不同于其他超新星。当超新星爆炸时，它会立即发射伽马射线和其他光子。在X射线发光的超新星中，会发射伽马射线和光子，但爆炸产生的一些辐射会与围绕前身星的稠密环星介质相互作用。这会产生可在160光年外致命的X射线。

在SN在地球附近爆炸的情况下，X射线可能需要数月或数年才能在初始爆炸后到达。与星际碎片的相互作用会导致延迟。X射线会耗尽地球的臭氧层，使来自太阳的有害紫外线辐射到达地球表面。

X射线到达后，宇宙射线到达，类似于其他SN。这是对地球臭氧层的双重打击。

研究人员不确定超新星的致命距离。祖星及其环境都有很多变数。祖星的质量损失尤为重要。但是通过描述地球平流层的致命X射线剂量和一些最亮SN的能量输出，作者计算了一些著名超新星的致命距离。

SN1987A在大麦哲伦星云中爆炸，光在1987年到达地球。科学家们观察到了爆炸，并首次确认了SN可见光的能量来源。证明SN爆炸后的长时间辉光是放射性的。

据作者称，SN1987A并不是很致命。他们说SN仅在不到一光年的距离内是致命的。这是团队描述的31个SN中危险性最低的。

31个中最致命的是SN2006jd。它在距离我们约5700万光年的星系NGC4179中爆炸，并于2006年到达地球。据研究人员称，SN2006jd的致死距离接近100光年。

本研究中五个最致命的SN都是IIn型超新星，前十名中有七个也是。

该图显示了研究中十个最致命的SN。前五名都是IIn型X射线发光超新星，前十名中有七名也是如此。信用：布伦顿等人。2022年。

IIn型超新星的影响范围也最大。这表明这些SN可以从更远的距离显着影响地球的生物圈。

这项研究对地球有一些影响。

我们的太阳系位于所谓的局部气泡内。它是从银河系猎户臂的ISM中雕刻出来的一个空腔。在过去的10到2000万年中，多次超新星爆炸产生了气泡。那些SN影响地球了吗?

X射线天文学的进步将更多地揭示对类地行星的影响，作者认为还有很多东西有待发现。但他们的观察表明，“……SN演化的相互作用X射线阶段可能会对类地行星产生重大影响。我们限制任何进一步的推测，直到X射线天文学得到进一步发展;然而，这里提供的证据肯定指向这个过程能够对远距离的生命造成致命的后果。”

科学家们知道超新星对地球产生了一些影响。放射性同位素60Fe的存在半衰期为260万年，但研究人员在2至3Myr前的海洋样本中发现了未衰变的60Fe。它应该早就腐烂成镍了。超新星爆炸时可以通过核合成产生60Fe。

但其他东西可以产生60Fe。无症状的巨型分支星也可以做到这一点，所以它本身并不是附近超新星的确凿证据。

研究人员还在含有60Fe的相同锰铁壳样品中发现了53Mn。它也是一种放射性同位素，现在应该已经衰变了。与60Fe不同，只有超新星可以产生53Mn。它的存在是最近地质历史中附近超新星的明确证据。

对生命构成威胁的并不是这些放射性同位素的存在。一定是辐射击中了地球，如果产生同位素的超新星离地球足够近，可以将它们传播到地球，那么辐射一定也击中了地球。

来自超新星的电离辐射可以从很远的距离改变地球的大气化学。来自SN的最初能量爆发构成了一个威胁，数百或数千年后到达并徘徊的宇宙射线也是如此。但这项研究增加了另一个威胁：在最初爆发后数月或数年到达的X射线。“因此，这里发现的强大威胁的一个推论是，这改变了我们知道SN可以影响附近行星的时间线，增加了一个额外的不利影响阶段。”

超新星爆炸的艺术家视图。一些放射性同位素，如53Mn，只能在超新星爆炸中合成。信用：美国国家航空航天局

究竟起到了什么作用?

“将这些发现与我们在这里的威胁评估相结合，这些超新星中的一个或多个可能正在相互作用，从而对地球大气层造成高剂量的X射线辐射。这意味着超新星X射线发射具有对地球的显着影响，并可能在生命本身的进化中发挥作用，”他们写道。

SN爆发几乎肯定已经袭击了我们的星球。科学家们很难解开确切的后果。但如果辐射削弱了臭氧层，让更多的紫外线辐射到达地球表面，就会导致突变。它被称为紫外线诱变，它可能推动了分子进化并对性起源至关重要。事实上，突变是进化的主要驱动力。

超新星可以导致突变的事实是作者结束语的背景。

“因此，我们总结说，对SNX射线发射的进一步研究不仅对恒星天体物理学有价值，而且对天体生物学、古生物学以及整个地球和行星科学也有价值。”

这项研究对整个银河系的可居住性也有影响。银河宜居带(GHZ)是银河系中最有可能宜居的区域。由于如果距离足够近，超新星对生命来说可能是致命的，因此拥有许多可能作为超新星爆炸的恒星的区域不太适合居住。如果这项研究是正确的，那么超新星在比想象的更远的距离内可能是致命的，并且在X射线最初爆发后的几个月或几年内可能是致命的。这会改变星系GHZ的形状和位置。

研究人员敦促在爆发后的数月和数年内对超新星进行更长期的研究，并呼吁在X射线观测方面取得更多进展以帮助这项研究。“这些观察和创新将阐明SNX射线发射的物理性质，并将阐明这些事件对我们银河系和其他恒星形成区域的生命构成的危险，”他们写道。