Земля обязана своим рождением катастрофе: как гибель одной звезды создала миллиарды миров

Взрыв сверхновой помог Земле получить воду — астрофизик Рё Савада

Учёные выдвинули гипотезу, что наша планета обязана своими свойствами древнему взрыву звезды неподалёку. По мнению специалистов, именно сверхновая могла обеспечить молодую Солнечную систему радиоактивными элементами, необходимыми для появления воды и жизни. Этому вопросу посвящено исследование Рё Савады из Токийского университета.

Следы древней сверхновой

Астрономы уже давно знают, что ранняя Солнечная система содержала радиоактивные элементы, способные выделять большое количество тепла. Их присутствие помогло растопить лёд в протопланетных телах, из которых впоследствии образовалась Земля. Без этого процесса планета могла бы остаться холодным и сухим камнем.

Однако источник этих элементов долго оставался загадкой. Известно, что подобные изотопы — алюминий-26, марганец-53 и кальций-41 — образуются при взрывах сверхновых. Но ранние модели не могли объяснить, как такие мощные явления могли повлиять на хрупкий протопланетный диск, не разрушив его.

"Мы знали, что сверхновые производят нужные элементы, но не понимали, как они могли попасть в Солнечную систему, не уничтожив её", — поясняет автор работы Рё Савада из Токийского университета.

Похожие выводы сделали исследователи, изучавшие древние остатки реальных звёздных взрывов: так, в работе, посвящённой сверхновой 1181 года, показано, как следы взрыва сохраняются в структуре межзвёздного газа спустя тысячелетия.

Модель "без разрушения"

Новое исследование Савады и его коллег предлагает изящное решение. По их расчётам, сверхновая могла находиться примерно в трёх световых годах от Солнечной системы. Это расстояние оказалось "золотой серединой": достаточно близко, чтобы её выбросы достигли протопланетного диска, но далеко, чтобы не нанести разрушительного ущерба.

Учёные смоделировали двухэтапный процесс, объясняющий происхождение радиоактивных элементов.

На первом этапе часть из них, включая алюминий и марганец, была выброшена ударной волной сверхновой и распространилась в космосе.
На втором этапе высокоэнергетические частицы — космические лучи - взаимодействовали с веществом формирующегося солнечного диска, образуя новые изотопы, такие как бериллий и кальций.

"Ранее мы фокусировались на прямом впрыскивании материи, но игнорировали роль высокоэнергетических частиц. Я подумал: что, если молодая Солнечная система просто была погружена в "ванну" космических лучей?", — отмечает Савада.

Эта гипотеза позволила объяснить наблюдаемые пропорции изотопов, обнаруженные в древних метеоритах.

Универсальный сценарий рождения миров

Главное открытие Савады состоит в том, что подобный механизм не уникален. Если учесть, что во многих регионах галактики звёзды образуются группами, то вероятность попадания формирующихся планетных систем под воздействие сверхновых оказывается достаточно высокой.

По расчётам исследователей, от 10 до 50% систем, подобных Солнечной, могли пройти через аналогичный сценарий. Это означает, что планеты с условиями, близкими к земным, могут быть гораздо более распространены, чем считалось раньше.

"Ранее вероятность такой комбинации считалась сродни выигрышу в лотерею. Но теперь мы видим, что это может быть универсальный рецепт формирования планет, пригодных для жизни", — говорит Савада.

Схожие процессы сегодня наблюдаются в протопланетных дисках молодых звёзд, где уже начинают формироваться твёрдые тела. Подобные явления недавно описали астрономы, обнаружив ранние этапы рождения планет при помощи радиотелескопов ALMA.

Баланс разрушения и созидания

Работа вызвала интерес у специалистов по звёздной эволюции. По словам Козимо Инсерры из Кардиффского университета, исследование Савады показывает тонкую грань между катастрофой и созиданием.

"Это удивительно тонкий баланс: одно и то же событие, которое может разрушить систему, при правильных условиях создаёт возможность для жизни", — отмечает Инсерра.

Если гипотеза верна, то взрывы сверхновых играют не только разрушительную, но и созидательную роль, распространяя вещества, из которых рождаются новые миры.

Космические лучи — незаметные строители планет

Высокоэнергетические частицы, выбрасываемые при взрыве сверхновой, проникают на огромные расстояния и взаимодействуют с атомами межзвёздной пыли. Эти столкновения порождают редкие радиоактивные изотопы, которые служат своеобразными "ингредиентами" для химического разнообразия будущих планет.

Ранее эту роль космических лучей недооценивали. Но моделирование показало, что именно они могли стать ключевым фактором формирования водных миров, подобных Земле.

Сравнение старых и новых моделей

Новая гипотеза отличается от классических сценариев происхождения радиоактивных элементов.

Ранее считалось, что Солнечная система должна была находиться почти вплотную к сверхновой, чтобы получить нужные изотопы. Но такая близость означала бы полное разрушение протопланетного диска.
Модель Савады предполагает более безопасное расстояние — в несколько световых лет, — при котором радиоактивные вещества поступают постепенно и мягко, без катастрофических последствий.

Такой подход объясняет не только состав древних метеоритов, но и баланс элементов на Земле.

Плюсы и минусы гипотезы

Преимущества:

объясняет происхождение короткоживущих изотопов в ранней Солнечной системе;
показывает, что Земля — не уникальное исключение, а результат распространённого механизма;
открывает новые ориентиры для поиска обитаемых планет.

Ограничения:

пока гипотеза подтверждается только моделированием;
прямые наблюдения следов древней сверхновой невозможны;
влияние космических лучей требует дополнительных подтверждений.

Перспективы поиска новых миров

Если сценарий Савады подтвердится, астрономы смогут использовать его как ориентир в поисках планет, похожих на Землю. Предстоящая Обсерватория обитаемых миров NASA сможет искать системы, где рядом в прошлом происходили взрывы сверхновых. Именно там, вероятно, и стоит искать новые "голубые планеты".