Илл. 22.1 Возрастание количества радиоуглерода в кольцах дерева в 1006 г. н. э. приписывается сверхновой SN1006. На протяжении нескольких лет 14С смешивался с атмосферой и растворялся в океане. Данные из Дэмона и др. (1995)
Он обнаружил, что количество 14С возросло на величину, эквивалентную постоянному добавлению (250 тонн) 14С в окружающую среду. Как вы можете вспомнить из главы 21, все количество радиоуглерода в атмосфере составляет только примерно 250 тонн, так что «Событие» привело к увеличению количество радиоуглерода на одну треть всего за несколько секунд — при нормальном космическом излучении это возрастание могло произойти только за пятьдесят лет.
РАДИОУГЛЕРОД В ГЛУБОКОВОДНЫХ ОСАДКАХ
Мы можем убедиться, что исторически зафиксированная сверхновая оставила свой след в данных, полученных радиоуглеродным методом в относительно недавнее время. Илл. 22.2 показывает намного более древние данные, относящиеся ко времени до появления письменности. Эго данные, полученные радиоуглеродным методом, из морских осадков в Исландии. На этом графике используется термин дельта 14С, который означает превышение количества 14С от существующего ныне уровня 14С (что равно 0 процентов дельта 14С). График показывает три основных пика увеличения количества радиоуглерода:
Илл. 22.2. Данные по радиоуглероду из прибрежных осадков Исландии за последние 46 тысяч лет. Внезапные возрастания происходили 41, 34 и 13 тысяч лет назад. Данные по Воелкеру и др. (1998)
• 41 тысяча лет назад. В это время содержание радиоуглерода внезапно увеличилось до дельты, равной 150 процентов, что эквивалентно 250-процентному возрастанию в количестве радиоуглерода Это соответствует первому выбросу излучения сверхновой.
• 30 тысяч лет назад. Дельта 14С возрастает до этого времени, затем происходит еще одно резкое возрастание. Дельта 14С стремительно поднимается на 175 процентов. Это соответствует прибытию ударной волны сверхновой.
• 13—16 тысяч лет назад. Содержание радиоуглерода снова уменьшается до почти что нормального уровня вплоть до этого времени, когда следует третье резкое возрастание. Оно означает приход вещества, выброшенного сверхновой.
Подобное резкое возрастание в 14С на Земле может быть вызвано только внезапным возрастанием космического излучения или прямым осаждением радиоуглерода от прилетевшего небесного тела. Между подобными событиями радиоуглерод на Земле исчезает с обычным для 14С временем полураспада.
Толстая серая кривая на илл 22.2 показывает ожидаемый период распада внезапно появившегося радиоуглерода 14С с периодом полураспада 5730 лет. Жирная более светлая серая кривая показывает скорость, с которой увеличивалось бы количество радиоуглерода на Земле из-за удвоения космического излучения за определенный период. Как показывает график, это привело бы к увеличению на 70 процентов дельта 14С на Земле за 10 тысяч лет.
Этот график позволяет нам проанализировать расстояние до сверхновой. Если внезапное возрастание количества радиоуглерода 14С произошло благодаря вспышке сверхновой, мы можем сравнить это с увеличением 14С на кольцах дерева oт SN1006 (см. илл. 22.1). SN1006 оказывается в 2180 парсеках (7100 световых лет) от Земли и вызывает возрастание содержания радиоуглерода на 0,61 ±0,16 процентов, сверхновая, взорвавшаяся 41 тысячу лет назад, привела к внезапному возрастанию 14С в прибережных осадках Исландии по меньшей мере на 150 процентов. Данные по SN1006 говорят, что это возрастание происходило в течение десяти лет. Данные же осадков у берегов Исландии свидетельствуют о пятидесяти годах, так что пик содержания радиоуглерода должен быть в пять раз выше. Если мы возьмем время, за которое сверхновая SN1006 вызвала повышение количества радиоуглерода на Земле, и попытаемся оценить расстояние до сверхновой, вызвавшей повышение количества углерода 41 тысячу лет назад, то получим расстояние в 200 световых лет (62 парсека) от Земли. Оно очень хорошо соответствует определенному учеными расстоянию до сверхновой Геминги. Если события, произошедшие 34 тысячи лет назад, являются результатом распространения ударной волны от сверхновой, летящей со скоростью 10 000 км/с, тогда прибытие ее через 7000 лет после взрыва соответствует расстоянию в 230 световых лет от Земли (72 парсека) — эта цифра довольно хорошо соответствует первой оценке.
ВОПРОС: Итак, мы видим, что вспышка сверхновой породила повышение количества 14С, но было ли что-нибудь еще, что отразилось на Земле?
На протяжении определенного времени под влиянием сверхновой появилось большое количество изотопов, которые были вынесены в космос расширяющейся ударной волной. Когда Земля встретила выброшенное сверхновой вещество, эти изотопы отложились в осадках, кольцах деревьев и ледниках. Сегодня ученые могут определить сверхновые давнего времени, изучая накопление пришедших из космоса изотопов по геологическим данным. Кроме сверхновых не известно ничего, что бы могло увеличить количество этих изотопов одновременно по всей Земле.
К примеру, радиоактивный изотоп бериллий-10 (10Ве) является главным элементом, который связанные со сверхновой элементы производят в атмосфере под влиянием космических лучей.
Илл. 22.3 показывает график для 10Ве. Этот график был составлен благодаря осуществлению проекта по проведению бурений в Калифорнийском заливе около «залива» Гуаймас. Мак Харг и коллеги (1995) обнаружили отчетливо видимые пики концентрации юВе, приходящиеся на время примерно 43 и 31 тысячу лет назад — очень близко к пикам 14С, которые был определены по образцам со дна у берегов Исландии. В своей работе Мак Харг и его коллеги приводят доводы в пользу того, что только массивная сверхновая, близко расположенная к Земле, может быть причиной этих пиков. Пики 10Ве также близко соответствуют резкому изменению магнитного поля Земли в указанные времена Исследователи искали другие объяснения, но ничего не нашли. Кроме того, они предположили, что эти два пика, похоже, соответствуют ожидаемому действию ударных волн от сверхновой. Сопровождающее этот процесс изменение магнитного поля тоже было внезапным (Магнитное поле остается постоянным большую часть времени; это отвергает утверждения некоторых исследователей, что изменения в количестве изотопов космического происхождения отражают возросшие скорости космических лучей из-за изменяемого магнитного поля.)
Илл. 22.3. Этот график отражает данные, полученные из образцов из-под дна Калифорнийского залива. График показывает возрастание уровня 10Be 43 и 31 тысячу лет назад, во времена взрыва сверхновой и прихода ударной волны. Также оба пика соответствуют двум значительным изменениям магнитного поля: они почти что изменили полярность, но затем вернулись к своему первоначальному направлению север-юг. Данные из Мак Харг и др. (1995)
Пик, приходящийся на 43 тысячи лет назад, значительно ниже, чем пик, имевший место 31 тысячу лет назад, в то время как для данных со дна у берегов Исландии более ранний пик радиоуглерода был больше. Чтобы понять это, нам нужно вернуться назад к нашему сценарию, в котором взрыв сверхновой начинается с внезапной вспышки гамма-лучей и оканчивается частицами движущимися с высокой скоростью и волной с выбросом пыли. Требуется больше энергии для производства 10Ве, чем для 14С, так что меньшая энергия от первоначальной вспышки гамма-излучения даст меньше 10Ве с меньшим пиком — именно это показывают данные. Обратная ударная волна и выброшенное вещество сверхновой принесут 10Ве, который возник во время взрыва, так что пик получается больше, чем 31 тысячу лет назад. Данные как: для 10Be, так и для 14С совпадают с нашим сценарием воздействия на землю сверхновой.
