انفجار ستاره‌ها چگونه باعث انقراض گونه‌های جانوری شده است؟

اگرچه زمین در خلاء شناور است، اما سیاره ما در فضایی تهی قرار نگرفته است. زمین دائما در معرض برخورد جرم‌های فضایی بسیار زیر، پرتوهای خورشیدی و ستارگان دوردرست قرار دارد. گاهی اوقات اجرام فضایی می‌توانند به ما صدمه بزنند یا ما را بکشند؛ مثل همان شهابی که باعث انقراض نسل دایناسورها شد. با این حال خیلی وقت‌ها، اجرام ستاره‌ای کوچک‌تر به زمین و ماه می‌رسند و در آن‌ها فرود می‌آیند و تا ابد به این سیاره‌ها می‌پیوندند؛ یا حداقل تا زمانی که دانشمندان آن‌ها را کشف می‌کنند.

ماده تاریک، اگر وجود داشته باشد، احتمالا یکی از نمونه‌های همین دسته‌بندی دوم است. اگر ذرات فرضی سنگینِ با برهم‌کنش ضعیف (WIMP) واقعی باشند، برخورد آن‌ها با ماده عادی می‌تواند آثار خود را به صورت فسیل در اعماق سیاره ما بر جای گذاشته باشد. ماه گذشته در گزارشی اعلام شد که تیمی از فیزیک‌دانان روش جدیدی برای کشف این فسیل‌ها ارائه داده‌اند تا بتوانند ماده تاریک را پیدا کنند.

البته جستجو به دنبال خرده‌های کیهانی بر روی زمین سابقه درازی دارد. برخی از محققان نشان دادند که می‌توان فسیل‌های باقی‌مانده از ذرات اخترفیزیکی را در پوسته زمین پیدا کرد. عده دیگری از محققان می‌خواهند ببینند این رویدادهای کیهانی چه تاثیری بر زمین گذاشته است؛ آیا این‌ها مسیر تکامل حیات زمینی را تغییر داده‌اند؟ یک مطالعه جدید می‌گوید شاید ذرات حاوی انرژی از ستارگان در حال انفجار باعث انقراض شماری از جانوران عظیم‌الجثه زمینی، از جمله کوسه غول‌آسای ماقبل تاریخ یعنی مگالودون یا بزرگ‌دندان، شده باشد.

آدریان ملوت، اخترفیزیک‌دان دانشگاه کانزاس و نویسنده این مقاله می‌گوید این اتفاق تصادفی جالب توجه است.

وقتی یک ستاره می‌میرد، محتویات درون آن به کیهان پاشیده می‌شود. در میان این باقی‌مانده‌های ستاره‌ای ایزوتوپ‌های عناصری مثل آهن وجود دارد. یکی از این ایزوتوپ‌ها آهن-۶۰ است که در زمین به‌ندرت پیدا می‌شود ولی در ابرنواخترها به وفور وجود دارد. اخترفیزیک‌دانان در سال ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷، متوجه شدند که آهن-۶۰ روی ماه و کف دریاهای زمین به دو ابرنواختر قدیمی در همسایگی کهکشان ما برمی‌گردد. یکی از این ابرنواخترها به ۲.۶ میلیون سال پیش، و دیگری به ۶.۵ تا ۸.۷ میلیون سال پیش مربوط است.

ملوت در مصاحبه‌ای گفت خیلی از مواد از خود اثر مشهودی به جا نمی‌گذارند ولی آهن-۶۰ چرا. این عنصر مثل دودی است که پس از شلیک از اسلحه خارج می‌شود و از رخداد واقعه‌ای خبر می‌دهد.

با توجه به این مثال، ملوت سوالی را مطرح می‌کند که دانشمندان حداقل از دهه ۱۹۵۰ درگیر پاسخگویی به آن بوده‌اند: این ابرنواخترها چگونه ممکن است بر زمین و حیات روی آن اثر گذاشته باشند؟ او در این مقاله بیان می‌کند که چگونه این ابرنواخترها می‌توانند بارانی از ذرات زیراتمی موسوم به میون را به وجود بیاورند که با آسیب زدن به DNA باعث جهش‌های گسترده در ارگانیزم‌های حیاتی و حتی انقراض گونه‌های جانوری می‌شوند.

میون‌ها نوعی از الکترون‌های فوق سنگین هستند. این مواد با سهولت بیشتری نسبت به پروتون‌ها و الکترون‌ها می‌توانند از اتمسفر زمین رد شوند. ملوت می‌گوید: «آن‌ها به زمین می‌رسند، با شما برخورد می‌کنند، و بعضی‌هایشان به DNA شما آسیب می‌زنند. این عناصر شرایطی مطلوبی برای اثرگذاری بر حیاتی زمینی قرار دارند.»

فرضیه ملوت می‌گوید ابرنواختری در حدود ۲.۶ میلیون سال قبل باعث افزایش جریان میون‌هایی شده که در طول صدها سال بعد از آن واقعه از جو زمین عبور کرده‌اند. او و همکارانش معتقدند که نرخ ابتلا به سرطان برای جانداری به اندازه انسان در آن زمان می‌توانسته حدود ۵۰ درصد افزایش یابد. ملوت می‌گوید میزان این تابش برای ماموت‌ها و مگالودون‌ها، که ابعادشان در اندازه اتوبوس بوده، حتی ممکن است بیشتر بوده باشد.

ایده احتمال اثرگذاری ابرنواخترها بر حیات زمینی ایده جدیدی نیست. دیرینه‌شناسی به نام اوتو شیندِوولف در دهه ۱۹۵۰ گفته بود که ممکن است ابرنواخترها باعث جهش‌یافتگی برخی از جانداران بزرگ‌هیکل شده باشد. ولی نظریه او به اثبات نرسید. در سال ۱۹۶۸، دو اخترشناس به نام‌های کی.دی. تری و دبلیو.اچ. تاکر پیشنهادی دادند مبنی بر این که شاید انقراض‌های بزرگ ناشی از انفجار ستاره‌های نزدیک ما بوده باشد. این فرضیه تاکنون چند بار دیگر مطرح شده است.

با این حال بسیاری از نظریه‌ها نه جهش‌های مستقیم بلکه تغییرات گسترده اقلیمی را عامل این انقراض‌ها می‌دانند. برای مثال انفجارهای ابرنواختری می‌تواند باید از بین رفتن لایه اوزون و در نهایت نابودی پلانکتون‌های دریایی یا آب‌سنگ مرجانی شده باشد. ابرنواخترها همچنین می‌توانند مقدار بسیار زیادی پرتو کیهانی تولید کرده و این اتفاق منجر به پدید آمدن «زمستان پرتوهای کیهانی» شده باشد. این عبارت اصطلاحی است که توسط هنریک اسوِنسمارک از دانشگاه فنی دانمارک استفاده شده است.

تحقیقات اسونسمارک نشان می‌دهد که تاریخچه زمین‌شناسی زمین در برخی موارد با شار پرتوهای کیهانیِ ابرنواختری مصادف بوده است. دو فیزیک‌دان دیگر به نام‌های جان اِلیس و دیوید شرام در مقاله‌ای به سال ۱۹۹۵ نتیجه می‌گیرند که با توجه به تناوب انقراض‌های بزرگ زمینی ابرنواخترهای فاجعه‌بار هر چند صد میلیون سال یک بار رخ می‌دهند.

فرضیه ملوت که می‌گوید یک ابرنواختر مربوط به ۲.۶ میلیون سال پیش مستقیما منجر به انقراض گونه‌های جانوری شده، حاوی چندین مدرک مختلف است. ۲.۶ میلیون سال پیش، در طول دوره پلیو-پلیستوسن، حدود ۳۶ درصد از گونه‌های دریایی، عمدتا در آب‌های ساحلی، منقرض شد. ملوت می‌گوید جانوران بزرگ‌تر در این نواحی مقدار بیشتری میون دریافت کردند.

اما اثر میون مثل آهن-۶۰ و WIMP در فسیل‌ها باقی نمی‌ماند، در نتیجه اثبات وجود ارتباط مستقیم میان میون‌ها و انقراض‌ها تقریبا غیرممکن است. ملوت می‌گوید: «این میون‌ها واقعا ردی از خود به جا نمی‌گذارند.»

حتی اگر نتوانیم بارش میون و آهن-۶۰ را مستقیما از ستارگان در حال مرگ به انقراض‌ها ارتباط دهیم، وجود این عناصر نشانگر حقیقتی واضح است: زمین، و همه چیزهای روی آن، نه جدا از کیهان، بلکه بخشی از آن هستند. شاید ستارگان واقعا در طالع ما اثر می‌گذارند.