Astrofysiker beräknar sannolikheten för att jorden utsattes för kalla, hårda interstellära moln för 2 miljoner år sedan

by Albert
Jorden

För cirka två miljoner år sedan var jorden en helt annan plats, och våra tidiga mänskliga förfäder levde tillsammans med sabeltandade tigrar, mastodonter och enorma gnagare. Och beroende på var de befann sig kan de ha varit kalla: Jorden hade hamnat i en djupfrysning, med flera istider som kom och gick fram till för cirka 12 000 år sedan.

Forskare har teorier om att istider inträffar av flera olika skäl, bland annat planetens lutning och rotation, skiftande plattektonik, vulkanutbrott och koldioxidnivåer i atmosfären. Men tänk om drastiska förändringar som dessa inte bara är ett resultat av jordens miljö, utan också av solens placering i galaxen?

I en ny artikel som publicerats i Nature Astronomy har huvudförfattaren och astrofysikern Merav Ofer – astronomiprofessor vid Boston University och stipendiat vid Harvard Radcliffe Institute – hittat bevis för att solsystemet för cirka två miljoner år sedan mötte ett interstellärt moln som var så tätt att det kunde ha stört solens solvind. Ofer och hennes medförfattare anser att detta visar att solens placering i rymden kan forma jordens historia mer än vad som tidigare ansetts.

Hela vårt solsystem är inbäddat i en skyddande plasmasköld som kommer från solen, den så kallade heliosfären. Den består av ett konstant flöde av laddade partiklar, så kallad solvind, som sträcker sig långt förbi Pluto och sveper in planeterna i vad NASA kallar en ”jättebubbla”.

Den skyddar oss från strålning och galaktiska strålar som kan förändra DNA, och forskare tror att det är en del av anledningen till att livet utvecklades på jorden som det gjorde. Enligt den senaste artikeln komprimerade det kalla molnet heliosfären på ett sådant sätt att det kortvarigt placerade jorden och de andra planeterna i solsystemet utanför heliosfärens inflytande.

”Den här artikeln är den första som kvantitativt visar att det skedde ett möte mellan solen och något utanför solsystemet som skulle ha påverkat jordens klimat”, säger Ofer, som är expert på heliosfären.

Hennes modeller har bokstavligen format vår vetenskapliga förståelse av heliosfären och hur bubblan struktureras av solvinden som pressas upp mot det interstellära mediet – vilket är utrymmet mellan stjärnorna och bortom heliosfären i vår galax. Hennes teori är att heliosfären är formad som en puffig croissant, en idé som skakade om rymdfysikerkåren.

Nu kastar hon nytt ljus över hur heliosfären, och var solen rör sig genom rymden, kan påverka jordens atmosfäriska kemi.

”Stjärnor rör sig, och nu visar den här artikeln inte bara att de rör sig, utan också att de genomgår drastiska förändringar”, säger Ofer. Hon upptäckte och började arbeta med denna studie under ett årslångt stipendium vid Harvard Radcliffe Institute.

För att studera detta fenomen tittade Ofer och hennes medarbetare i princip bakåt i tiden och använde sofistikerade datormodeller för att visualisera var solen befann sig för två miljoner år sedan – och därmed heliosfären och resten av solsystemet. De kartlade också vägen för Local Ribbon of Cold Clouds-systemet, en sträng av stora, täta, mycket kalla moln som mestadels består av väteatomer.

Deras simuleringar visade att ett av molnen nära slutet av detta band, som kallas Local Lynx of Cold Cloud, kunde ha kolliderat med heliosfären.

Om det hade hänt, säger Ofer, skulle jorden ha varit helt exponerad för det interstellära mediet, där gas och damm blandas med rester av atomära element från exploderade stjärnor, inklusive järn och plutonium.

Normalt filtrerar heliosfären bort de flesta av dessa radioaktiva partiklar. Men utan skydd kan de lätt nå jorden. Enligt artikeln stämmer detta överens med geologiska bevis som visar ökade halter av isotoperna 60Fe (järn 60) och 244Pu (plutonium 244) i havet, på månen, i Antarktis snö och i iskärnor från samma tidsperiod. Tidpunkten stämmer också överens med temperaturmätningar som visar på en avkylningsperiod.

”Det är sällan som vårt kosmiska grannskap bortom solsystemet påverkar livet på jorden”, säger Avi Loeb, chef för Harvard University’s Institute for Theory and Computation och medförfattare till artikeln.

”Det är spännande att upptäcka att vår passage genom täta moln för några miljoner år sedan kan ha utsatt jorden för ett mycket större flöde av kosmisk strålning och väteatomer. Våra resultat öppnar ett nytt fönster till förhållandet mellan livets utveckling på jorden och vårt kosmiska grannskap.”

Trycket utifrån från Local Lynx of Cold Cloud kan ha blockerat heliosfären kontinuerligt under ett par hundra år till en miljon år, säger Ofer – beroende på molnets storlek. ”Men så snart jorden var borta från det kalla molnet slukade heliosfären alla planeterna, inklusive jorden”, säger hon. Och det är så det ser ut idag.

Det är omöjligt att veta exakt vilken effekt de kalla molnen hade på jorden – till exempel om det kan ha lett till en istid. Men det finns ett par andra kalla moln i det interstellära mediet som solen sannolikt har stött på under de miljarder år som gått sedan den föddes, säger Ofer. Och den kommer sannolikt att snubbla över fler om ytterligare någon miljon år.

Ofer och hennes medarbetare arbetar nu med att spåra var solen befann sig för sju miljoner år sedan, och ännu längre tillbaka. Att lokalisera solens plats miljontals år bakåt i tiden, liksom det kalla molnsystemet, är möjligt med data som samlats in av Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag, som bygger den största 3D-kartan över galaxen och ger en aldrig tidigare skådad titt på hur snabbt stjärnor rör sig.

”Det här molnet fanns verkligen i vårt förflutna, och om vi korsade något så massivt blev vi exponerade för det interstellära mediet”, säger Ofer. Effekten av att korsa vägar med så mycket väte och radioaktivt material är oklar, så Opher och hennes team vid BU:s SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics) DRIVE Science Center undersöker nu vilken effekt det kan ha haft på jordens strålning, liksom på atmosfären och klimatet.

”Det här är bara början”, säger Ofer. Hon hoppas att denna artikel kommer att öppna dörren för mycket mer utforskning av hur solsystemet påverkades av yttre krafter i det djupa förflutna och hur dessa krafter i sin tur har format livet på vår planet.

Ytterligare information: A possible direct exposure of the Earth to the cold dense interstellar medium 2–3 Myr ago, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02279-8

Related Articles

Leave a Comment