바다의 바닥에있는 초신성의 비밀 역사

1987 년 2 월, NASA의 Goddard Space Flight Center의 젊은 연구원 인 Neil Gehrels는 호주 아웃백으로 향하는 군용 비행기를 탔습니다. Gehrels는 폴리에틸렌 우주 풍선과 실험실에서 방금 건축을 마친 방사선 탐지기 세트를 담았습니다. 그는 노던 테리토리의 원격 전초 기지 인 앨리스 스프링스 (Alice Springs)에 도착하기 위해 서두르며, 지구의 대기 위 의이 악기를 발사하여 우주 목에서 가장 흥미 진진한 사건을 엿볼 수있었습니다.

많은 초신성과 마찬가지로 SN 1987a는 거대한 별의 폭력적인 붕괴를 발표했습니다. 그것을 차별화 한 것은 지구와의 근접성이었습니다. 요하네스 케플러 (Johannes Kepler)가 1604 년에 우리 은하계에서 하나를 발견 한 이래 가장 가까운 대격변이었다. 그 이후로, 과학자들은 대답해야 할 많은 질문을 다른 초신성에 대한 앞줄 좌석을 요구할 것이라고 생각했다. 그들은 다음과 같은 질문이었습니다. 초신성은 지구상의 삶을 황폐화시키기 위해 얼마나 가까이 있어야합니까?

1970 년대에 연구원들은 인근 초신성의 방사선이 오존층을 전멸시켜 식물과 동물을 유해한 자외선에 노출시켜 대량 멸종을 일으킬 수 있다고 가정했다. SN 1987a의 새로운 데이터로 무장 한 Gehrels는 이제 초신성의 이론적 반경을 계산할 수 있었으며, 그 내부에는 초신성이 심각한 효과를 낼 수 있으며 별이 얼마나 자주 죽어가는 별이 그 안에 길을 잃을 수 있는지.

Goddard에서 여전히 일하는 Gehrels는“결론은 지구에 충분히 가까운 초신성이있을 것이라는 것이 었습니다. 그는 종종 그렇지 않으며, 위협적인 별이 오늘날 태양계를 배회하지 않는다고 인정합니다. 그러나 지구는 46 억 년 동안 존재 해 왔으며, 그 당시 절반 정도의 생명이 있었는데, 이는 과거에 초신성이 지구를 폭파 할 확률이 좋다는 것을 의미합니다. 문제는 언제 알아내는 것입니다. 초신성은 주로 대기에 영향을 미치기 때문에 흡연 총을 찾기가 어렵습니다.”라고 Gehrels는 말합니다.

천문학 자들은 주변의 우주를 단서에 대해 찾았지만 근처의 초신성에 대한 가장 강력한 증거는 바다의 바닥에서 역설적으로 무엇이든지 온다. 여기서, 페로 군가 빵 껍질이라고 불리는 칙칙하고 아스팔트 검은 미네랄 형성이 수중 산의 맨발로 자라며, 이해할 수 없을 정도로 천천히 자랍니다. 얇고 적층 된 층에서는 행성 지구의 역사를 기록하고 일부에 따르면 근처의 초신성의 첫 번째 직접적인 증거.

고대 우주 폭발에 대한 이러한 종류의 단서는 과학자들에게 엄청나게 가치가 있으며, 이는 초신성이 지구상의 생명의 진화를 형성하는 데 약간 알려진 역할을했다고 의심합니다. Urbana-Champaign의 일리노이 대학의 천문학자인 Brian Fields는“이것은 실제로 인생이 어떻게 진행되었는지에 대한 이야기의 일부가 될 수 있었고, 피해야 할 슬링과 화살표”라고 말합니다. 그러나 초신성이 삶에 어떤 영향을 미쳤는지 이해하기 위해 과학자들은 폭발시기를 대량 멸종이나 진화 적 도약과 같은 지구상의 중추적 인 사건과 연결해야했습니다. 그렇게하는 유일한 방법은 지구상에서 주로 초신성 내부에서 융합되는 요소를 찾아 지구에 퇴적 된 잔해물을 추적하는 것입니다.

Fields와 그의 동료들은 그러한 초신성이 많은 요소를 지명했습니다. 드문 드문 방사성 금속은 천천히 부패하여 그들의 존재가 만료 된 별의 확실한 징조가되었습니다.  가장 유망한 후보자 중 하나는 Fe-60, 일반 동위 원소보다 4 개의 중성자가있는 철의 무거운 동위 원소와 260 만 년의 반감기였습니다. 그러나 지구 표면에 흩어져있는 Fe-60 원자를 찾는 것은 쉬운 일이 아닙니다.  필드는 매우 적은 양의 FE-60만이 실제로 우리 지구에 도달했을 것이라고 추정했으며, 육지에서는 천연 철으로 희석되거나 수백만 년에 걸쳐 침식되어 씻겨 졌을 것입니다.

그래서 과학자들은 대신 바다의 바닥을 보았습니다. 그곳에서 페로 만간 크러스트에서 Fe-60 원자를 발견했습니다.이 크러스트는 스탈 라그미 테스와 비슷한 암석입니다. 액체에서 침전되어 연속적인 층을 추가하고 금속으로 구성되고 개별 스파이 대신에 광범위한 담요를 형성합니다. 주로 철 및 망간 산화물로 구성되며, 코발트에서 yttrium에 이르기까지주기적인 테이블의 거의 모든 금속을 포함합니다.

철, 망간 및 기타 금속 이온이 수중 화산 통풍구에서 육지 또는 거시에서 바다로 씻겨지면 해수의 산소와 반응하여 바다 바닥에 침전되거나 기존 빵 껍질에 부착 될 때까지 바다에 침전되거나 떠 다니는 고체 물질을 형성합니다. 30 년 이상 크러스트를 연구 한 미국 지질 조사의 제임스 하인 (James Hein)은 바위가 많은 해저에 자신을 확립하는 방법에 대한 미스터리로 남아 있지만, 일단 첫 번째 층이 축적되면 더 많은 층이 더 쌓여 있습니다.

이를 통해 크러스트는 죽어가는 별의 타임 스탬프 역할을하는 요소를 포함하여 해수 화학의 기록을 유지하는 우주 역사가 역할을 할 수 있습니다.  1980 년대 하와이의 남서쪽 하인 남서쪽에 의해 튀어 나온 가장 오래된 빵 껍질 중 하나는 7 천만 년이 넘었으며 공룡이 지구를 돌아 다니며 인도 아대륙은 남극 대륙과 아시아 사이의 바다에있는 섬에 불과한시기까지.

크러스트의 성장은 과학에 알려진 가장 느린 과정 중 하나이며, 그들은 백만 년마다 약 5 밀리미터를 착용했습니다. 비교를 위해, 인간 손톱은 약 7 백만 배 더 빠르게 자랍니다. 그 이유는 평범한 수학입니다. 바다에 물 10 억 분자마다 1 개의 철 또는 망간 원자가 미만이 있으며, 다음 전류의 당김과 다음 층에 갇힐 때까지 느슨하게 할 수있는 다른 화학적 상호 작용의 힘에 저항해야합니다. 

그러나 느리게 성장하는 빵 껍질과 달리 초신성 폭발은 거의 즉시 발생합니다.  가장 흔한 유형의 초신성은 별이 수소와 헬륨 연료에서 떨어지면 핵심이 철을 생성 할 때까지 무거운 요소를 태울 때 발생합니다. 그 과정은 수백만 년이 걸릴 수 있지만, 스타의 마지막 순간은 밀리 초 밖에 걸리지 않습니다. 무거운 요소가 핵심에 축적되면서 불안정 해지고 빛의 속도의 1/4에서 외부 층을 안쪽으로 빨아들입니다. 그러나 코어의 입자 밀도는 곧 파열을 격퇴하여 FE-60 동위 원소를 포함하여 우주로의 별 잔해물을 쏘는 대규모 폭발을 일으킨다. 

이 지각에서 FE-60을 찾은 첫 번째 사람들은 뮌헨 기술 대학의 실험 물리학자인 Klaus Knie와 그의 공동 작업자였습니다. Knie의 팀은 Supernovas 나 Crust를 연구하지 않았습니다. 그들은 FE-60을 포함하여 다양한 요소의 드문 동위 원소를 측정하는 방법을 개발하고있었습니다. 다른 과학자는 베릴륨 동위 원소를 측정 한 후 크러스트의 층을 데이트하는 데 사용할 수 있는데, Knie는 FE-60에 대한 동일한 표본을 검사하기로 결정했으며, 이는 초신성에서 생산 된 것으로 알고있었습니다. GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research에있는 Knie는“우리는 우주의 일부이며 우리가 올바른 장소를 보면 '천체 물리학 적'문제를 견딜 수있는 기회가 있습니다.

하와이에서 멀지 않은 해저에서 뽑아 낸 빵 껍질은 올바른 장소로 밝혀졌습니다. Knie와 그의 동료들은 약 280 만 년 거슬러 올라가는 Fe-60의 스파이크를 발견했습니다. Knie의 발견은 여러 가지면에서 중요했습니다.  그것은 지구상에서 초신성 파편이 여기에서 찾을 수 있다는 첫 번째 증거를 나타 냈으며, 마지막 인근 초신성 폭발의 대략적인 타이밍을 정확히 지적했다 (최근의 경우, Knie는 더 최근의 FE-60 스파이크를 발견했을 것이다). 그러나 Knie는 흥미로운 진화론을 제안 할 수있게되었습니다.

크러스트에서 Fe-60의 농도에 기초하여, Knie는 초신성이 지구에서 최소 100 광년 (오존 층을 망쳐 놓을 수있는 거리의 3 배)를 폭발했지만 구름 형성을 잠재적으로 변경하기에 충분히 가까워서 기후를 변화 시켰다고 추정했다. 280 만 년 전에는 대량의 extinction 사건이 발생하지 않았지만 일부 급격한 기후 변화가 발생했으며 인간의 진화를 강화했을 수도 있습니다. 그 당시 아프리카 기후가 마르고 숲이 줄어들고 잔디 사바나에게 길을 만듭니다. 과학자들은이 변화가 우리의 동종 조상들이 나무에서 내려 와서 결국 두 다리를 걷기 시작했을 수도 있다고 생각합니다.

젊은 이론과 마찬가지로 그 아이디어는 여전히 투기적이고 상대방이 있습니다. 일부 과학자들은 FE-60이 운석에 의해 지구로 가져 왔을 수도 있다고 생각하며, 다른 과학자들은 온실 가스 농도를 감소 시키거나 북미와 남미 사이의 바다 관문 폐쇄로 이러한 기후 변화를 설명 할 수 있다고 생각합니다. 그러나 Knie의 새로운 도구는 과학자들에게 지구 근처에서 지나갈 수있는 다른 고대의 초신성과 데이트하고 지구에 대한 그들의 영향을 연구 할 수있는 능력을 제공합니다. Fields는 우리 가이 둔하고 느리게 성장하는 암석을 사용하여 별다른 폭발의 빛나는 빠른 현상을 연구 할 수 있다는 것은 놀라운 일이라고 말했다. 그리고 그들은 더 많은 이야기를하고 있습니다.

Julia Rosen은 오리건 주 포틀랜드에있는 과학 작가입니다. 그녀의 이야기는 에 나타났습니다 로스 앤젤레스 타임즈 , 과학 뉴스 및 Earth Magazine . 작가가되기 전에 Julia는 박사 학위를 받았습니다. 지질학에서; 그녀는 극지 얼음 코어에 갇힌 공기의 거품을 공부했습니다.

Lead Composite Image Credit :NASA, ESA, Hubble Heritage Team, (STSCI/AURA) 및 A. RIESS (STSCI) 및 RED SEA CORAL Reef의 WUSEL700 의 PIRWHEAPED GALAXY.

이 기사는 원래 2015 년 3 월에“느린”문제에 출판되었습니다.