massa-extinctie

De gammastraling die bij supernova explosies vrijkomt is genoemd als een mogelijke oorzaak van de op een na grootste massa-extinctie in de geschiedenis van de Aarde, 450 miljoen jaar geleden. In deze tijd was het land nog nauwelijks gekoloniseerd maar (eenvoudig) zeeleven stierf massaal uit. In dit supernova scenario vernietigt de gammastraling een deel van de ozonlaag, waarna het leven getroffen wordt door een hoge dosis UV straling van de Zon. Daarnaast kan het gas van een nabije supernova explosie zelfs een deel van de aardatmosfeer wegblazen. Supernova’s zijn zeer gevaarlijk voor het leven op Aarde als ze op minder dan circa 30 lichtjaar afstand plaatsvinden.^[1]

Sporen van prehistorische supernova’s

Supernova’s zijn in te delen in twee hoofdcategorieën. Ten eerste zware sterren waarvan de opgebrande kern aan het eind van hun leven instort onder de eigen zwaartekracht, waarna de buitenlagen met zeer hoge snelheid weggeblazen worden. Iets zeldzamer is een thermonucleair exploderende koolstof-zuurstof witte dwerg in een dubbelster systeem, zoals degene die in 1572 werd waargenomen in onze Melkweg. In beide gevallen laten ze een heldere uitzettende nevel achter (zie afbeelding). Deze nevels zien we alleen van recente supernova’s; na enkele tienduizenden jaren gaat de nevel op in het interstellaire gas.

Ons zonnestelsel beweegt door de Lokale Bel, een `holte’ waarin het interstellaire gas een tienmaal lagere dichtheid heeft dan gemiddeld in de Melkweg. Mogelijk is deze Bel gevormd door een reeks supernova explosies gedurende de laatste 10 miljoen jaar, die het omringende gas hebben weggeblazen.

Direct bewijsmateriaal

De meeste informatie uit het heelal bereikt ons via licht en andere straling, maar daarnaast krijgen we ook bezoek van materiële boodschappers: atoomkernen en elektronen, gezamenlijk ongelukkig `kosmische straling’ genaamd. Als er vlakbij de Aarde een supernova ontploft, worden er zelfs grote hoeveelheden bijzondere isotopen op Aarde gedumpt.

In de explosie komt zoveel energie vrij dat er zware elementen gevormd worden, waarvan een deel radioactief is. Als ze voldoende langzaam vervallen en op Aarde terecht komen, zouden we deze terug moeten kunnen vinden. En inderdaad, in 1999 is dit voor het eerst gelukt, en in 2004 werd een sterk verhoogde concentratie van ijzer-60 gevonden in een 2 miljoen jaar oude laag in de aardkorst onder de Grote Oceaan.^[2] Dit kan alleen maar verklaard worden door een nabije supernova van een zware ster met instortende kern, waarbij maar liefst enkele aardmassa’s aan ijzer-60 wordt geproduceerd. Naast de enorme productie is ijzer-60 een bruikbaar isotoop omdat de halfwaardetijd zo’n 2,6 miljoen jaar is,^[3] dus van dezelfde orde van grootte als de leeftijd van de afzetting. De hoeveelheid ijzer-60 die gevonden is suggereert dat de supernova zo’n 100 lichtjaar ver weg plaatsvond, op redelijk veilige afstand. Niettemin is de gammastraling ervan in verband gebracht met het uitsterven van zeeleven ten tijde van het begin van het Pleistoceen (het tijdperk van de ijstijden, dat in feite nog steeds voortduurt).^[4]

Nu heeft een groep onderzoekers een veel nauwkeuriger methode bedacht die gebruik maakt van sediment afzetting op de oceaanbodem, in dit geval twee kolommen van enkele meters sediment die 40 jaar geleden al zijn gewonnen uit de bodem van de Indische Oceaan in de buurt van Australië. Door de relatief snelle aanwas is de datering van sediment ruim 1000 maal preciezer dan de datering van afzettingen in de aardkorst, die tot nu toe gebruikt werden. Naast ijzer-60 zijn ook aluminium-26, mangaan-53 en plutonium-244 te gebruiken voor extra precisie, al zit hun concentratie dicht bij het `achtergrond niveau’ veroorzaakt door andere bronnen.^[5]

Moeten wij ons nu zorgen maken?

Echt gevaarlijke supernova’s, dus die binnen 30 lichtjaar van de Aarde, zijn heel zeldzaam, grofweg 1 per miljard jaar. Deze kans zou de komende tijd wat groter kunnen worden omdat ons zonnestelsel zich nu in een spiraalarm bevindt. Zware sterren zijn erg helder, en we zien dat er op dit moment geen dicht bij de Aarde staan. Betelgeuze is een supernova kandidaat maar staat op zo’n 700 lichtjaar afstand.
Het andere type supernova, witte dwergen in dubbelsterren, is een stuk verraderlijker. Het is nog niet duidelijk hoe ze precies ontstaan — een witte dwerg die massa invangt van een zon-achtige begeleider, of twee witte dwergen die naar elkaar toe spiraliseren. In het laatste geval zouden we de ontploffing mogelijk niet aan zien komen omdat witte dwergen erg klein zijn en daardoor slecht te zien.

Bronnen en noten
[1] Nick Bostrom & Milan M. Ćirković (eds., 2008) – Global Catastrophic Risks (Oxford: Oxford University Press)
[2] K. Knie et al. (2004) – Fe-60 Anomaly in a Deep-Sea Manganese Crust and Implications for a Nearby Supernova Source
[3] Ten tijde van dit onderzoek dacht men nog dat de halfwaardetijd van ijzer-60 1,5 miljoen jaar was. Verder is ook de halfwaarde tijd van beryllium-10 sindsdien bijgesteld; oorspronkelijk werd de supernova op zo’n 2,8 miljoen jaar geleden gedateerd.
[4] Katie Pennicott (2002) – Supernova link to ancient extinction
[5] Jenny Feige et al. (2012) – The Search for Supernova-produced Radionuclides in Terrestrial Deep-sea Archives

Lees ook
Supernovae en hypernovae: kosmische waterstofbommen
Kosmische catastrofe in de maak?
‘Death Star cluster bekogelde aarde met verzengende gammabundel’