Un nuovo studio presenta prove decisive di un’esplosione di supernova vicino alla Terra 2,5 milioni di anni fa. Quali effetti avrebbe avuto sul nostro pianeta?

Nei suoi 4,5 miliardi di anni di storia, numerose catastrofi hanno messo in pericolo la Terra: da impatti massicci, a potenti eruzioni vulcaniche, a ere glaciali. Eppure la vita persiste. Tra tutti i pericoli che minacciano un pianeta, il più grande potenzialmente potrebbe essere una stella vicina che esplode come una supernova. L’esplosione iperenergetica può illuminare il cielo per mesi, trasformando la notte in giorno per tutti i pianeti abbastanza vicini. Se un pianeta è troppo vicino, la sua atmosfera verrà spazza via o, addirittura, distrutto. Mentre la stella attraversa la sua agonia, produce alcuni elementi chimici che si diffondono nello spazio.

Supernova
Rappresentazione artistica di una supernova mostra gli strati di gas espulsi di una stella massiccia. Credit: NASA / Swift / Skyworks Digital / Dana Berry

Le prove

Per anni, i ricercatori si sono interrogati sulle prove che una supernova sia esplosa da qualche parte nelle vicinanze della Terra un paio di milioni di anni fa. L’evidenza è una concentrazione di 60Fe, un isotopo instabile (o radioisotopo) del ferro prodotto dalle supernove, rilevato in sedimenti marini chiamati croste di ferromanganese. Ora, un nuovo studio presenta ulteriori prove di un’esplosione di supernova vicino alla Terra 2,5 milioni di anni fa. Questa volta è una concentrazione di 53 Mn, un altro radioisotopo prodotto dalle supernove. Lo studio che presenta i risultati è intitolato “53Mn prodotto da supernova sulla Terra“. L’autore principale dell’articolo è il dottor Gunther Korschinek dell’Università tecnica di Monaco. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Physical Review Letters .

Il team di ricercatori dietro questo studio ha esaminato campioni di queste croste di ferromanganese e ha trovato non solo 60Fe, ma anche 53Mn. Il 60Fe trovato sulla Terra è una potenziale prova di un’esplosione di supernova nelle vicinanze. Poiché la sua emivita è di 2,6 milioni di anni, qualsiasi 60Fe sulla Terra sarebbe dovuto decadere in nichel molto tempo fa. Trovarlo ora significa che è stato prodotto in tempi più recenti, in termini astronomici. Ma le supernove non sono l’unica cosa che può sintetizzare 60Fe. Può anche essere prodotto da stelle AGB. Tutte le stelle nella gamma di massa da bassa a intermedia (da 1 a 10 masse solari) attraversano questo stadio di evoluzione verso la fine della loro vita. Sarebbe quindi possibile, almeno in linea di principio, che il 60Fe trovato sulla Terra provenga da una stella AGB, piuttosto che da una supernova.

Crosta di manganese
Questo è un pezzo di crosta di manganese che ha iniziato a formarsi circa 20 milioni di anni fa. Cresceva strato dopo strato mentre i minerali precipitavano fuori dall’acqua di mare. I ricercatori hanno trovato concentrazioni elevate di 60 Fe e 56 Mn in strati stabiliti circa 2,5 milioni di anni fa. La presenza di questi depositi è la prova dell’esplosione di una vicina supernova in quel momento. Credit: Dominik Koll / TUM

Come si può rispondere alla domanda sulla fonte del 60Fe?

Nel loro articolo i ricercatori scrivono che “Un radionuclide formato solo da SN, come 53Mn, rilevato negli stessi campioni del 60Fe, può risolvere questa questione aperta“. Ora gli scienziati hanno trovato 53Mn nelle stesse croste di ferromanganese del 60Fe. A differenza di 60Fe, 53Mn non può essere prodotto dalle stelle AGB. Può essere prodotto solo da supernovae. “L’aumento delle concentrazioni di manganese-53 può essere preso come la” pistola fumante “- la prova definitiva che questa supernova ha avuto luogo davvero“, afferma il primo autore, il dottor Gunther Korschinek, in un comunicato stampa. Le croste di ferromanganese al centro di questa scoperta sembrano alcune delle “torte al cioccolato” più umide e ricche che si possano immaginare. Ma ovviamente sono duri come la roccia. 

Per trovare il 53Mn in queste croste dall’aspetto curioso, i ricercatori sono dovuti andare a caccia di singoli atomi, impiegando un metodo chiamato spettrometria di massa. “Un modo fattibile per rilevare 53Mn nei “serbatoi terrestri” è, come nel caso della scoperta di 60Fe, il conteggio diretto degli atomi mediante la spettrometria di massa“, scrivono gli autori nel loro articolo.

La spettrometria di massa

“In questa analisi“, ha detto Korschinek. “Stiamo parlando solo di pochi atomiSorprendentemente, le misurazioni non solo rilevano la presenza di 53Mn, ma possono anche aiutare a capire la dimensione della stella da cui proviene“. “Ma la spettrometria di massa è così sensibile che ci permette persino di calcolare dalle nostre misurazioni che la stella che è esplosa doveva avere circa 11-25 volte la dimensione del Sole“, ha aggiunto Korschinek.

Ciò indica un’ esplosione grande ed estremamente energetica. Ma che effetto ha avuto? Era troppo lontana per provocare un’estinzione di massa, ma probabilmente ha inondato la Terra di raggi cosmici. Questo probabilmente ha influito sul clima. “Forse c’è un collegamento con l’epoca del Pleistocene, il periodo delle ere glaciali, che iniziò 2,6 milioni di anni fa“, afferma il coautore Dr Thomas Faestermann.  Quindi, anche se potrebbe non essere stato estremamente calamitoso per la Terra, ha avuto un effetto.

Gli effetti

Alcuni ricercatori pensano che l’esplosione della supernova in quel momento abbia innescato almeno un’estinzione parziale, chiamata estinzione della megafauna marina del  Pliocene. Indicano non solo la presenza di livelli elevati di 60Fe, ma anche una caratteristica nello spazio chiamata “Local Bubble” . È un gigantesco buco nel mezzo interstellare causato da una o più esplosioni di supernove. Ora, la scoperta di 53Mn non fa che rafforzare questa ipotesi. Nel loro lavoro, i ricercatori hanno esaminato campioni di croste di ferromanganese di origine idrogenetica, provenienti da quattro diverse località nell’Oceano Pacifico. Due provenivano dall’atollo di Midway, uno dal Donizetti Ridge e il quarto dal Pacifico centrale. I campioni variavano in profondità da 1.589 metri fino a 5.120 metri. Ogni posizione di campionamento ha prodotto 15 campioni di profondità crescente, per un totale di 60 campioni.

Figura
Questa figura dallo studio mostra i dati uniti da tutte e quattro le aree di campionamento. Il C / C0 sull’asse verticale rappresenta i rapporti 53Mn / Mn misurati nei campioni. C’è un netto picco a 2,5 milioni di anni fa. Credit: Korschinek et al, 2020.
L’orologio cosmico sta ticchettando

Per quanto riguarda l’effetto che il SN ha avuto sulla Terra, questa è fonte di grandi congetture, studi e dibattiti. Alcuni dicono che abbia innescato un’estinzione parziale nella già citata estinzione della megafauna marina del Pliocene. Altri dicono che potrebbe aver contribuito a innescare la conversione dell’umanità al bipedismo. Sebbene questo studio non si avventuri negli effetti che il SN potrebbe aver avuto sulla vita, presenta prove sempre più forti a favore. Questa SN è un buon promemoria che la Terra si troverà nella sospetta “zona di uccisione” di una supernova una volta ogni 800 milioni di anni.

Riferimenti:

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