Portal v vesolje

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Sled kozmične eksplozije v drevesih

E-pošta natisni PDF

13344324-weathered-tree-ringsIzbruhi sevanja gama že več desetletij navdušujejo znanstvenike: izjemno visoke energije eksplozij ter raznoliki obrazi, ki nam jih eksplozije pokažejo, so razlogi, da teh kataklizmičnih dogodkov še danes ne razumemo povsem. Bi se lahko tak dogodek pojavil tudi v naši Galaksiji? Nedavno so znanstveniki odkrili, da je to možno. In kje se skriva dokaz? V drevesih. 

Drevesa si lahko predstavljamo kot zapisovalce zgodovine, vtisnjene v drevesnih letnicah. Tik pod drevesno skorjo se nahaja floem, tanka plast tkiva, po katerem se prevajajo in razporejajo hranilne snovi. Floem se vsako leto obnovi, stari del pa se stisne v letnico. Izkaže se, da so lastnosti posamezne letnice odvisne od podnebja oziroma sprememb v podnebju. Ozke letnice kažejo na sušna leta, medtem ko razgibane motnje in nepravilni razmiki med letnicami razkrivajo izredne razmere, kot so požari. Poleg morfoloških značilnosti pa si lahko pogledamo tudi spreminjanje kemične sestave letnic. Še posebno nas bo zanimal izotop C14.

carbon-600x339

Trije izotopi ogljika. Vsi imajo v jedrih šest protonov, medtem ko se število nevtronov spreminja. Vir


Ogljik najdemo skoraj v vsem, kar nas obdaja. Večina ogljika (skoraj 90%) se nahaja v obliki C12, ki imajo v svojem jedru 6 protonov in 6 nevtronov. Najde se tudi nekaj ogljika C13, ki ima v jedru še en dodaten nevtron. Oba omenjena izotopa sta stabilna. Lahko pa najdemo še zelo pomemben nestabilen izpotop C14 z osmimi nevtroni v jedru. C14 ima razpolovni čas, torej čas v katerem razpade polovica vzorca izotopa, nekaj daljši od 5000 let. Elementi C14, ki jih najdemo na Zemlji, so tako morali nastati na Zemlji, saj so tisti, ki nastanejo v zvezdah, že zdavnaj razpadli.

800px-Carbon 14 formation and decay.svg

Nastanek (1) in razpad (2) izotopa C14. Ključno vlogo pri nastanku ima nevtron, ki nastane pri trku visokoenergijskega delca (ali fotona) z atmosfero. Vir


Izoptop C14 nastane v Zemljini atmosferi: pri trku kozmičnih delcev z atmosfero nastane cel kup delcev, med njimi tudi nevtron. Vemo, da je skoraj 78% Zemljine atmosfere seestavljene iz dušika, ta pa je poleg nevtrona potreben za nastanek C14 (glej zgornjo sliko.) Po nastanku se C14 veže v ogljikov dioksid ter se nato prek atmosfere in vode prenese v žive organizme.

Količina izpotopa C14 na Zemlji v zadnjih tisoč letih se verjetno ni zelo spreminjala, razen med jedrskimi poskusi v sredini dvajsetega stoletja. Nedavno pa je bilo v reviji Nature predstavljeno odkritje o kratkotrajnem porastu količine C14 v osmem stoletju našega štetja: avtorji so v letnicah starodavnih dreves Cryptomeria japonica merili količino C14 in odkrili velik porast elementa med leti 774 in 775 našega štetja. Enako meritev so pred časom izvedli na letnicah dreves v Evropi in ZDA: kljub slabši časovni ločljivosti potrjujeo rezultat jaoponskih znanstvenikov. Velja poudariti, da je preiskava globinskega profila ledu na Antarktiki ravno v tem obdobju odkrila povečane količine Be10, ravno tako nestabilnega elementa, ki nastane pri trku kozmičnih delcev z atmosfero.

nature11123-f1.2Odstopanje količine izpotopa C14 od povprečja. Na levi sliki so prikazane meritve prek drevesnih letnic na Japonskem. Na desni strani so narejene podobne meritve (a s slabšo časovno ločljivostjo) na drevesih v Evropi in ZDA, ki potrjujejo porast količine C14 okoli leta 770. Vir

Kaj bi torej lahko povzročilo tak nenaden porast količine C14 v atmosferi? Na to vprašanje poskuša odgovoriti nedavno objavljeni članek nemških raziskovalcev.

Povečano aktivnost gre pripisati astronomskemu pojavu: nekaj v Vesolju mora biti odgovorno za povečan tok visokoenergijskih delcev ali fotonov [1]. Takoj lahko odpišemo povečano aktivnost Sonca med 11-letnim ciklom, saj je za opaženo porast C14 potrebno kar dvajsetkrat več energije, kot jo povečana Sončeva aktivnost prispeva. Prav tako so zaradi premajhnih energij izključeni izbruhi Sonca ali kake druge zvezde glavne veje HR diagrama.

220px-Keplers supernovaV splošnem dovolj energije prispeva eksplozija supernove. Tipične vrednosti v gama fotonih sproščene energije nam povejo, da bi se morala supernova nahajati na oddaljenosti med 120 in 260 parsekov od nas, če želimo dobiti opaženo povečanje C14 (1 parsek=3,26 sv. let). Supernove, ki bi se pojavila tako blizu Zemlji, ljudje ne bi mogli spregledati, saj bi bila tako svetla kot Luna. A v tem obdobju ni zapisov o takem dogodku. Obstaja majhna verjetnost, da bi se supernova pojavila v predelu galaksije z veliko prahu, ki bi zakril optično emisijo. Vendar bi v tem primeru danes morali opaziti rentgensko sevanje ostanka supernove, česar pa na omenjenih razdaljah ni opaziti.

magnetar-1Prav tako opazovanjem ne ustreza magnetar, nevtronska zvezda z izredno močnim magnetnim poljem [2]. Magnetarji so znani po rentgenskih in gama izbruhih. Upoštevaje tipične energije teh izbruhov bi se moral magnetar nahajati nekaj deset parsekov od Zemlje, kjer pa ne najdemo nobene nevtronske zvezde.

 

 

Kaj pa izbruhi sevanja gama? O izbruhih smo že pisali tukaj, tukaj, tukaj in tukaj. Gre za intenzivne in kratkotrajne izbruhe sevanja gama, v katerih se sprostijo ogromne količine energije. Glede na čas trajanja izbruha jih delimo na dolge in kratke (ta dva razreda se razlikujeta tudi v drugih značilnostih, zato je delitev smiselna). Dolgi izbruhi nastanejo pri kolapsu masivne zvezde. Gre za podoben pojav kot pri eksploziji supernove - večkrat je bila emisija supernove tudi opažena istočasno z izbruhom, kar tudi potrjuje teorijo. Po drugi strani pa kratki izbruhi nastanejo prek zlitja dveh kompaktnih zvezd (med kompaktne zvezde uvrščamo belo pritlikavko, nevtronsko zvezdo in črno luknjo).

Dolgi izbruhi so torej povezani s supernovami, kar jih zopet uvršča med nezaželene kandidate za pojasnitev hiperprodukcije izotopa C14. Boljši kandidati so kratki izbruhi. Energijski argumenti uvrščajo potencialni izbruh na razdaljo 1-4 parseke. Spodnja meja bi bila v principu lahko tudi bližje, a v tem primeru bi visoke energije sevanja gama pustile hude posledice na življenje na Zemlji, do česar na srečo ni prišlo.

V članku uporabijo dosedanje znanje o spektrih gama sevanja kratkih izbruhov ter teoretične izračune sipalnega preseka reakcij [3], pri katerih kot produkt nastaneta C14 in Be10. S tema dvema podatkoma lahko teoretično izračunamo razmerje med nastalim C14 in Be10. Rezultat (in komentar) je prikazan na spodnjem grafu.

slika

Računanje razmerja elementov C14 in Be10 iz izračunane odvisnosti sipalnih presekov od energije in privzetega energijskega spektra kratkih izbruhov sevanja gama. Črte predstavljajo konstantno razmerje elementov pri različnih vrednostih dveh parametrov (x in y os), od katerih je odvisen energijski spekter. Z modro je poudarjeno izmerjeno razmerje  elementov 270 (z napako 140). Vsi bližnji kratki izbruhi, katerih vrednosti spektralnih parametrov poznamo, so narisani z rdečimi točkami. Ker je izmerjeno razmerje pravzaprav le spodnja meja [4], graf prikazuje, da kratki izbruhi lahko povzročijo opaženo povečanje izotopov v naši atmosferi! Vir


Verjetno ne bomo nikoli zatrdno vedeli, kaj je povzročilo nenaden porast omenjenih izotop na Zemlji. A z dosedanjim znanjem lahko povemo, kateri astronomski dogodki tega vsekakor niso mogli povzročiti. Še več, kataklizmični izbruhi sevanja gama, ki se tipično nahajajo na nepredstavljivih oddaljenostih, so povsem kredibilen kandidat, ki je lahko neposredno vplival na našo Zemljo.

Morda je povezava med kozmično eksplozijo in floro na našem planetu presentljiva, po drugi strani pa moramo razumeti, da se narava ne deli na fiziko, biologijo, kemijo in še kaj drugega, temveč gre za en sam kompleksno povezan sistem. Kljub dandanašnji razdrobljenosti in vse bolj ozkih raziskovalnih oknih znotraj znanosti nam je ta prispevek v lep opomin, da moramo za pojasnitev danega problema včasih uporabiti tudi znanje svojih znanstvenih kolegov iz sosednjega laboratorija.

-----------------------------------------------------
[1] Pri trku in posledičnem razpadu večjega telesa z atmosfero bi sicer nastalo rentgensko sevanje, ki pa nima zadosti velike energije za produkcijo C14.

[2] Magnetno polje magnetarja doseže vrednosti 10 GT (= giga tesla=1.000.000.000 T). Za primerjavo, magnetno polje najmočnejših magnetov na Zemlji doseže red velikosti 10 T.

[3] Sipalni presek reakcije napove verjetnost, da reakcija dejansko poteče in kot končni produkt dobimo željena C14 ali Be10. Sipalni presek je odvisen od energije.

[4] Merjenje količin Be10 prek analize ledu na Antarktiki ima veliko slabšo časovno ločljivost kot merjenje prek drevesnih letnic. V principu bi lahko povečanje Be10 v časovnem elementu povročil tudi kakšen drug pojav, zato je omenjeno razmerje zgolj spodnja mejna vrednost.

 

Vir: povezava na članek

 

Podporniki:

     


Dan in noč
Dan in noč
Zvezdna karta
Zvezdna karta
Observatorij Črni Vrh
Luna
Sonce - Mauna Loa
Sonce - Mauna Loa
Sonce - SOHO
Sonce - SOHO Lasco C2 EIT 284 Lasco C3 MDI
Sončne pege
Sončne pege
Severni in južni sij
aurora

Efemeride
26.05.2020 08:13 CEST
26.05.2020 06:13 UT
Sonce vzide 05:19 
zaide 20:40 
Luna vzide 08:09 
zaide ne zaide 
Planeti (vir: Spika)
Angleški portal v vesolje
Amaterska slika dneva
Amaterska slika dneva
NASA - Slika dneva
ESO - Slika tedna
Hubble - Slika tedna
Kje je ISS?
Kje je ISS?
Osončje
Osončje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost