1987 年 2 月、NASA のゴダード宇宙飛行センターの若い研究者であるニール ゲーレルズは、オーストラリアの奥地に向かう軍用機に乗り込みました。ゲーレルは、いくつかの奇妙な荷物を運んでいました。それは、ポリエチレン製の宇宙気球と、彼が研究室に戻ったばかりの放射線検出器のセットです。彼は急いでノーザン テリトリーの辺鄙な前哨基地であるアリス スプリングスに向かいました。そこで彼はこれらの機器を地球の大気の上空に打ち上げ、宇宙の首で最もエキサイティングなイベントをのぞき見しました。超新星爆発です。天の川の近くの衛星銀河の。
多くの超新星と同様に、SN 1987A は大質量星の激しい崩壊を発表しました。それを際立たせたのは、地球への近さでした。それは、ヨハネス・ケプラーが 1604 年に私たちのいる天の川銀河で 1 つを発見して以来、最も近い恒星の大変動でした。 それ以来、科学者たちは、答えるには別の超新星の最前列の席が必要な多くの疑問を考えてきました。質問は次のようなものでした:超新星が地球上の生命を壊滅させるには、どれくらい接近する必要がありますか?
1970 年代に、研究者たちは近くの超新星からの放射線がオゾン層を消滅させ、植物や動物を有害な紫外線にさらし、大量絶滅を引き起こす可能性があるという仮説を立てました。 SN 1987A からの新しいデータを武器に、ゲーレルズは理論上の破滅半径を計算できるようになりました。その中で超新星が重大な影響を及ぼし、どのくらいの頻度で死にゆく星がその中で迷子になるかを計算できました。
「要するに、10 億年に 1 回、オゾン層に劇的な影響を与えるのに十分なほど地球に近い超新星が発生するということでした」それはそれほど頻繁ではないことを彼は認め、今日の太陽系をうろつく脅威的な星はありません.しかし、地球は 46 億年前から存在しており、生命はその約半分の期間にわたって存在しており、過去に超新星が地球を爆破した可能性が高いことを意味します。問題は、その時期を把握することです。超新星は主に大気に影響を与えるため、決定的な証拠を見つけるのは困難です」とゲーレルズは言います。
天文学者は手がかりを求めて周囲の宇宙を探索してきましたが、近くの超新星の最も説得力のある証拠は、やや逆説的に、海の底からもたらされます。ここでは、フェロマンガン地殻と呼ばれる鈍いアスファルトの黒い鉱物層が、水中の山のむき出しの岩盤に、理解できないほどゆっくりと成長しています。その薄く積層された層には、惑星地球の歴史が記録されており、一部の人によると、近くの超新星の最初の直接的な証拠です。
古代の宇宙爆発に関するこの種の手がかりは、超新星が地球上の生命の進化を形成する上であまり知られていない役割を果たしたのではないかと疑っている科学者にとって非常に価値があります。イリノイ大学アーバナシャンペーン校の天文学者ブライアン・フィールズは、「これは実際、生命がどのように続いてきたか、そしてそれがかわさなければならなかった投石や矢の物語の一部だった可能性があります。しかし、超新星が生命にどのような影響を与えたかを理解するために、科学者は爆発のタイミングを、大量絶滅や進化の飛躍などの地球上の重要な出来事と関連付ける必要がありました。それを行う唯一の方法は、主に超新星内で融合している地球上の元素を見つけることによって、彼らが地球に堆積したデブリを追跡することです.
フィールズと彼の同僚は、そのような超新星で造られた元素のいくつかに名前を付けました。主に、ゆっくりと崩壊する希少な放射性金属であり、それらの存在は、期限切れの星の確実な兆候となります。最も有望な候補の 1 つは、通常の同位体よりも中性子が 4 つ多く、半減期が 260 万年の鉄の重い同位体である Fe-60 でした。しかし、地球の表面に散在する Fe-60 原子を見つけるのは簡単なことではありませんでした。フィールズは、Fe-60 が実際に地球に到達したのはごく少量であり、陸上では天然の鉄によって希釈されるか、何百万年もかけて侵食されて洗い流されたと推定しました。
そこで科学者たちは代わりに海底を調べたところ、石筍のような形をした岩石であるマンガン鉄の地殻に Fe-60 原子が見つかりました。個々の尖塔ではなく、広大なブランケットを形成します。主に鉄とマンガンの酸化物で構成され、コバルトからイットリウムまで、周期表のほぼすべての金属を少量含んでいます。
鉄、マンガン、およびその他の金属イオンが陸地から海に流れ込むか、水中の火山噴火口から噴出すると、海水中の酸素と反応して固体物質を形成し、海底に沈殿するか、既存の地殻に付着するまで浮遊します。米国地質調査所で 30 年以上地殻を研究してきた James Hein は、海底の岩だらけのストレッチにどのように定着するのかは正確には謎のままであると述べていますが、最初の層が蓄積すると、さらに多くの層が積み重なって最大 25 層になります。センチメートルの厚さ。
これにより、地殻は、死にかけている星のタイムスタンプとして機能する要素を含む、海水の化学的性質の記録を保持する宇宙史家として機能することができます。 1980 年代にハインがハワイの南西で釣り上げた最古の地殻の 1 つは、恐竜が地球を歩き回り、インド亜大陸が南極とアジアの中間の海に浮かぶ島にすぎなかった 7000 万年以上前にさかのぼります。
地殻の成長は、科学的に知られている最も遅いプロセスの 1 つであり、100 万年ごとに約 5 mm ずつ成長します。ちなみに、人間の爪は約700万倍の速さで伸びます。その理由は単純な数学です。海洋の水分子 10 億個に対して、鉄またはマンガンの原子は 1 個未満です。そして、鉄またはマンガンは、通過する電流の引力や、次の層に閉じ込められるまで引き離す可能性のある他の化学的相互作用の力に抵抗しなければなりません。
ただし、成長の遅い地殻とは異なり、超新星爆発はほぼ瞬時に発生します。最も一般的なタイプの超新星は、星が水素とヘリウム燃料を使い果たしたときに発生し、最終的に鉄を生成するまでコアでより重い元素を燃焼させます。そのプロセスには何百万年もかかることがありますが、星の最後の瞬間はミリ秒しかかかりません。重元素がコアに蓄積されると、コアは不安定になり内破し、光速の 4 分の 1 の速度で外側の層を内側に吸い込みます。しかし、コア内の粒子の密度がすぐに爆縮を撃退し、大規模な爆発を引き起こし、星の残骸の雲を宇宙に放出します。これには Fe-60 同位体が含まれ、そのうちのいくつかは最終的に鉄マンガンの地殻に生息します。
これらの地殻で最初に Fe-60 を探したのは、当時ミュンヘン工科大学の実験物理学者だった Klaus Knie と彼の共同研究者でした。 Knie のチームは、超新星も地殻も研究しておらず、Fe-60 を含むさまざまな元素の希少同位体を測定する方法を開発していました。別の科学者が、地殻の層の年代測定に使用できるベリリウムの同位体を測定した後、Knie は、超新星で生成されることを知っていた Fe-60 について同じ標本を調べることにしました。 「私たちは宇宙の一部であり、適切な場所を見れば、『天体物理学的』物質を手に入れるチャンスがあります」と、現在 GSI ヘルムホルツ重イオン研究センターにいる Knie は言います。
同じくハワイからそう遠くない海底から採取された地殻は、適切な場所であることが判明しました.Knieと彼の同僚は、約280万年前の層でFe-60のスパイクを発見しました。その頃の近くの星. Knie の発見は、いくつかの点で重要でした。超新星の残骸がここ地球上にあることを示す最初の証拠であり、近くの最後の超新星爆発のおおよそのタイミングを正確に特定しました (もっと最近の超新星爆発があった場合、Knie はより最近の Fe-60 スパイクを発見したでしょう)。しかし、それはまた、Knie が興味深い進化論を提案することを可能にしました。
地殻中の Fe-60 の濃度に基づいて、Knie は、超新星が地球から少なくとも 100 光年離れた場所で爆発したと推定しました。 、したがって、気候。 280 万年前に大量絶滅は起きませんでしたが、いくつかの劇的な気候変動が発生し、人類の進化を後押しした可能性があります。その頃、アフリカの気候が干上がり、森林が縮小し、草が茂ったサバンナに変わりました。科学者たちは、この変化が人類の祖先が木から降りてきて、最終的に二本足で歩くようになったのを助長したのではないかと考えています。
その考えは、他の若い理論と同様に、まだ推測に過ぎず、反対者もいます。 Fe-60 が隕石によって地球に持ち込まれた可能性があると考える科学者もいれば、これらの気候変動は温室効果ガス濃度の低下、または北米と南米の間の海のゲートウェイの閉鎖によって説明できると考える科学者もいます。しかし、Knie の新しいツールにより、科学者は、地球の近くを通過した可能性のある他の超新星の年代を特定し、地球への影響を研究することができます。これらの鈍く成長の遅い岩石を使って、星の爆発の明るく急速な現象を研究できることは注目に値する、とフィールズは言う。そして、彼らにはもっと語るべき物語があります。
Julia Rosen は、オレゴン州ポートランドを拠点とするサイエンス ライターです。彼女のストーリーは ロサンゼルス タイムズ、 サイエンス ニュース、 アースマガジン。作家になる前に、ジュリアは博士号を取得しました。地質学;彼女は極地の氷のコアに閉じ込められた空気の泡を研究しました。
主な合成画像のクレジット:NASA、 ESA、The Hubble Heritage Team、(STScI/AURA) および A. Riess (STScI) による Pinwheel-Shaped Galaxy、および Wusel700 による Red Sea Coral Reef
この記事は、2015 年 3 月の「Slow」号に掲載されたものです。
