在 45 亿年的历史中，地球经历了严峻的挑战。 从大规模撞击到火山大火，再到雪球地球的寒冷事件，无数灾难使地球陷入危险。 然而生活仍在继续。
在威胁行星的所有危险中，最具潜在灾难性的可能是附近的一颗恒星爆炸成一颗恒星。超新星。
当一颗足够大的恒星到达其生命终点时，它会爆炸为超新星（SN）。 这种高能量的爆炸可以照亮天空数月，将任何距离足够近的行星的黑夜变成白天。
如果一颗行星距离太近，它就会被消灭，甚至被毁灭。 当恒星经历死亡的阵痛时，它会产生某些化学元素，这些元素会扩散到太空中。
多年来，研究人员一直对几百万年前超新星在地球附近某处爆炸的证据感到困惑。 证据是在地球周围发现的 60Fe 浓度，这是超新星产生的铁同位素。
现在，一项新研究提供了 250 万年前地球附近超新星爆炸的更多证据。 这次，它的浓度是 53Mn，这是超新星产生的另一种放射性同位素。
展示研究结果的研究标题为“地球上超新星产生的 53Mn” 该论文的主要作者是来自慕尼黑工业大学的 Gunther Korschinek 博士。该研究是发表在期刊上 物理评论快报。
这项研究的重点是所谓的铁锰结壳。 它们是由岩石制成的，但看起来更像巧克力蛋糕。 它们是海洋沉积物的沉积物，随着铁和锰的氧化物从海水中沉淀出来，随着时间的推移而生长。
他们记录了源水中随着时间的推移而形成的化学物质。 除了是有价值矿物的潜在来源之外，它们还是科学家的宝贵证据。 这项研究背后的研究人员团队检查了这些铁锰结壳的样本，不仅发现了 60Fe，还发现了 53Mn。
地球上发现的 60Fe 是地球附近地区超新星爆炸的潜在证据。 60Fe被称为灭绝的放射性核素。 由于其半衰期为 260 万年，地球上任何 60Fe 早就应该衰变为镍。 现在找到它意味着从天文角度来看它是在更近的时期产生的。
但超新星并不是唯一可以合成 60Fe 的物质。 也可以通过以下方式生产无症状巨分支（AGB）星。 所有中低质量范围（0.6 至 10 个太阳质量）的恒星在其生命即将结束时都会经历这一演化阶段。
因此，地球上发现的 60Fe 可能来自过去几百万年内的其中一颗，而不是超新星。 如何回答60Fe的来源问题？
研究人员在论文中写道：“在与 60Fe 相同的样品中检测到的明确的、只有 SN 形成的放射性核素，例如 53Mn，可以解决这个悬而未决的问题。”
现在科学家们在与 60Fe 相同的铁锰结壳中发现了 53Mn。 与 60Fe 不同，53Mn 不能由 AGB 恒星产生。 它只能由超新星产生。
（多米尼克·科尔/慕尼黑工业大学）
上图：一块大约 2000 万年前开始形成的锰结壳。 随着矿物质从海水中沉淀出来，它一层一层地生长。 研究人员发现，约 250 万年前形成的地层中 60 Fe 和 56 Mn 的浓度较高。 这些沉积物的存在是当时附近超新星爆炸的证据。
巧克力蛋糕？ 还是铁证如山？
“锰 53 浓度的增加可以被视为‘铁证’——这是这颗超新星确实发生过的最终证据，”第一作者 Gunther Korschinek 博士在一篇论文中说道。新闻稿。
这一发现的中心的铁锰结皮看起来就像是你能想象到的最湿润、最浓郁的巧克力蛋糕。 但当然，它们坚硬如磐石。 他们是摇滚。
为了在这些看起来很奇怪的地壳中找到 53Mn，研究人员必须寻找单个原子。 他们采用了一种叫做加速器质谱分析。
作者在论文中写道：“与发现 60Fe 的情况一样，检测地球储层中 53Mn 的一种可行方法是通过加速器质谱 (AMS) 进行直接原子计数。”
这种质谱分析方法对于将稀有同位素与其较常见的同位素分离特别有效。 在这种情况下，研究人员在其更常见的兄弟 55Mn 中寻找 53Mn。 55Mn是唯一“天然存在”的锰的同位素，且稳定。
意义重大的不仅仅是 53Mn 的发现，还有 53Mn 的发现。 这是浓度。 预计大约有 53Mn 会以宇宙尘埃的形式飘落到地球。 但像这项研究背后的研究人员所做的那样，发现更多这样的东西是不寻常的。 它的存在意味着大约 250 万年前，地球附近肯定发生过超新星爆炸。
“这是调查性的超痕量分析，”科尔希内克说。 “我们在这里谈论的只是几个原子。” 值得注意的是，这些测量不仅可以检测到 53Mn 的存在，还可以帮助了解它来自的恒星的大小。
“但是加速器质谱分析法非常灵敏，甚至可以让我们根据测量结果计算出，爆炸的恒星的大小一定是太阳的 11 到 25 倍左右，”Korschinek 补充道。
这意味着一场巨大且能量极高的爆炸。 除了超新星诞生的53Mn和60Fe的存在之外，它还有什么作用呢？
它距离地球太远，无法造成大规模灭绝，但它很可能确实向地球照射了宇宙射线。 这可能会影响气候。
“然而，这可能会导致云的形成增加，”合著者托马斯·费斯特曼博士说。 “也许这与 260 万年前开始的更新世（冰河时代）有关。”
因此，虽然它对地球来说可能不是超级灾难，但它确实产生了影响。
（NASA/ESA/JHU/R. Sankrit 和 W. Blair）
一些研究人员认为，当时的超新星爆炸确实引发了至少部分灭绝，称为上新世海洋巨型动物灭绝。 他们不仅指出了 60Fe 含量升高的存在，还指出了太空中的一个特征，称为“局部气泡。
它是星际介质中由一颗或多颗超新星爆炸造成的巨大洞穴。 现在，53Mn 的发现进一步强化了这一假设。
在他们的工作中，研究人员观察了来自太平洋四个不同地点的氢化铁锰结壳样本。 两艘来自中途岛环礁，一艘来自多尼采蒂海岭，第四艘来自中太平洋。
样本深度范围从 1,589 米（5,213 英尺）到 5,120 米（3.18 英里）。 每个采样位置产生 15 个深度不断增加的样本，总共 60 个样本。
他们将超新星诞生的 53Mn 与更常见的 55Mn 的浓度进行了比较。 当他们绘制这些比率时，很明显，大约 250 万年前，铁锰结壳中沉积的 53Mn 量要高得多。
作者在论文中写道：“由于在鉴定 60Fe 的相同样品和时间范围内检测到过量的 53Mn，因此证实了 60Fe 的 SN 来源。”
因此，我们现在不仅知道大约 250 万年前在地球附近肯定发生过超新星爆炸，而且我们还首次检测到不稳定的 55Mn 同位素。
（科尔希内克等人，2020）
上图：所有四个采样区域的合并数据。 纵轴上的C/C0表示在样品中测量的53Mn/Mn比率。 250 万年前有一个明显的峰值。
“因此，53Mn 是来自同一超新星（已检测到 60Fe）的第二种放射性同位素，并且首次发现了超新星期间核合成形成的 53Mn。”
至于SN对地球的影响，这是巨大的猜想、研究和争论的根源。 有人说它引发了上述上新世海洋巨型动物的部分灭绝。 其他人则说这可能有助于引发人类的转变为两足行走。
虽然这项研究没有冒险探讨超新星可能对生命产生的影响，但它确实提供了更有力的证据支持超新星爆炸。
虽然这个超新星主要是地球上生命的一次千钧一发，但它也很好地提醒我们，地球每 8 亿年就会进入一次疑似超新星的毁灭区。
宇宙时钟正在滴答作响。
