EXPLOSÃO DE ESTRELA PODE TER ATINGIDO A TERRA ANTIGA.

Para nossos   ancestrais Australopithecus que vagaram pela África há 2,5 milhões de anos, a nova estrela brilhante no céu certamente teria despertado curiosidade. Tão luminoso quanto a Lua cheia, teria lançado sombras à noite e seria visível durante o dia. Conforme a supernova desapareceu nos meses seguintes, provavelmente também desapareceu da memória. Mas deixou outros rastros, agora vindo à tona.

Nas últimas 2 décadas, os pesquisadores encontraram centenas de átomos radioativos, presos em minerais do fundo do mar, que vieram de uma explosão antiga que marcou a morte de uma estrela próxima. Seu combustível de fusão se exauriu, a estrela entrou em colapso, gerando uma onda de choque que explodiu suas camadas externas em uma bola de gás e poeira em expansão tão quente que brilhou brevemente como uma galáxia e finalmente inundou a Terra com aqueles átomos reveladores.

Em erupção a centenas de anos-luz de distância, o flash de raios-x e raios gama provavelmente não causou dano à Terra. Mas a expansão da bola de fogo também acelerou os raios cósmicos – principalmente núcleos de hidrogênio e hélio – para se aproximar da velocidade da luz. Esses projéteis chegaram furtivamente, décadas depois, transformando-se em uma fuzilaria invisível que poderia ter durado milhares de anos e afetado a atmosfera – e a vida.

Em uma enxurrada de estudos e especulações, os astrônomos esboçaram seus efeitos potenciais. Uma barreira de raios cósmicos pode ter aumentado as taxas de mutação ao erodir a camada protetora de ozônio da Terra e gerar chuvas de partículas secundárias que penetram nos tecidos. Rasgando a atmosfera, as partículas também teriam criado caminhos para relâmpagos, talvez acendendo uma onda de incêndios florestais. Ao mesmo tempo, as reações atmosféricas desencadeadas pela radiação poderiam ter levado a uma chuva de compostos de nitrogênio, que teriam fertilizado as plantas, retirando o dióxido de carbono. Dessa forma, o evento celestial poderia ter esfriado o clima e ajudado a iniciar as eras glaciais há 2,5 milhões de anos, no início da época do Pleistoceno. Mesmo considerados em conjunto, os efeitos “não são como o evento de extinção de dinossauros – é mais sutil e local”, diz Brian Thomas,

Poucos astrônomos estão sugerindo que as supernovas causaram qualquer grande extinção na época, e ainda menos paleontólogos estão prontos para acreditar nelas. “A morte vinda do espaço é sempre muito legal”, diz Pincelli Hull, paleontólogo da Universidade de Yale. “A evidência é interessante, mas ainda não atingiu o limite para incorporar ao meu registro mental.”

Mesmo assim, os caçadores de supernovas acreditam que outras explosões, mais distantes no tempo, ocorreram mais perto da Terra. E eles acham que essas supernovas podem explicar alguns eventos de extinção que não têm gatilhos habituais, como explosões vulcânicas ou impactos de asteróides. Adrian Melott, um astrônomo da Universidade de Kansas, Lawrence, que explora como os cataclismos cósmicos próximos podem afetar a Terra, diz que é hora de investigar mais cuidadosamente a história da Terra em busca de ataques de supernovas antigas. Isso não apenas ajudará os astrofísicos a entender como as explosões moldaram a vizinhança do Sistema Solar e semearam elementos pesados, mas também pode dar aos paleontólogos uma nova maneira de pensar sobre os episódios de mudança global. “Isso é novo e desconhecido”, diz Melott. “Vai demorar para ser aceito.”

OS ASTRÔNOMOS ACREDITAM QUE  algumas supernovas surgem na Via Láctea a cada século. Pela lei das médias, um punhado deve ter explodido muito perto da Terra em 30 anos-luz durante sua vida de 4,5 bilhões de anos, com efeitos potencialmente catastróficos. Mesmo explosões a até 300 anos-luz de distância devem deixar vestígios na forma de partículas de poeira lançadas na casca de destroços conhecida como remanescente de supernova. Quando o físico Luis Alvarez saiu na década de 1970 com seu filho geólogo Walter Alvarez para estudar as camadas de sedimentos associadas à extinção dos dinossauros há 65 milhões de anos, eles esperavam encontrar poeira de supernova. Em vez disso, eles encontraram irídio, um elemento raro na superfície da Terra, mas abundante em asteróides.

De qualquer forma, os Alvarez não tinham ferramentas para procurar poeira de supernova. Como a Terra já é feita em grande parte de elementos forjados em supernovas bilhões de anos atrás, antes do nascimento do Sol, a maioria dos vestígios de explosões mais recentes são indetectáveis. Nem todos eles, no entanto. Na década de 1990, os astrofísicos perceberam que a poeira de supernova também pode depositar isótopos radioativos com meia-vida de milhões de anos, muito curta para existir desde o nascimento da Terra. Qualquer um que for encontrado deve vir de aspersões geologicamente recentes. Um traçador chave é o ferro-60, forjado nos núcleos de grandes estrelas, que tem meia-vida de 2,6 milhões de anos e não é feito naturalmente na Terra.

No final da década de 1990, Gunther Korschinek, físico de astropartículas da Universidade Técnica de Munique (TUM), decidiu procurá-lo, em parte porque a universidade possuía um poderoso espectrômetro de massa com acelerador (AMS) adequado para a tarefa. Depois de ionizar uma amostra, um AMS aumenta as partículas carregadas para altas energias e as dispara através de um campo magnético. O campo curva seu caminho em uma série de detectores; os átomos mais pesados ​​são menos desviados por causa de seu maior momento.

Separar átomos de ferro-60 do níquel-60, igualmente robusto, mas com carga diferente, é especialmente desafiador, mas o AMS da TUM, construído em 1970, era um dos poucos no mundo poderoso o suficiente para separá-los.

Korschinek também precisava da amostra certa: um depósito geológico estabelecido ao longo de milhões de anos no qual um sinal de ferro poderia se destacar. Os núcleos de gelo da Antártica não funcionariam: eles datam de apenas alguns milhões de anos ou mais. A maioria dos sedimentos oceânicos se acumula tão rápido que qualquer ferro-60 é diluído a níveis indetectáveis. Korschinek acabou usando uma crosta de ferromanganês dragada de um monte submarino do Pacífico Norte pelo navio de pesquisa alemão  Valdivia  em 1976. Essas crostas crescem em trechos do fundo do mar onde os sedimentos não podem se estabelecer por causa de uma encosta ou correntes. Quando o pH da água está certo, os átomos de metal precipitam seletivamente para fora da água, formando lentamente uma crosta mineral a uma taxa de alguns milímetros a cada milhão de anos.

Korschinek e sua equipe dividiram a amostra em camadas de diferentes idades, separaram quimicamente o ferro e dispararam os átomos por meio de seu espectrômetro de massa. Eles encontraram 23 átomos de ferro-60 entre os milhares de trilhões de átomos de ferro normal, com a maior abundância em um período de menos de 3 milhões de anos atrás, relatou a equipe na  Physical Review Letters  em 1999. A era da geoquímica de supernova havia começado . “Fomos os primeiros a iniciar estudos experimentais”, diz Korschinek.

OUTROS O SEGUIRAM.  O Ferro-60 foi encontrado em crostas oceânicas de outras partes do mundo e até mesmo em microfósseis de sedimentos oceânicos, restos de seres vivos que, para ajudar os caçadores de supernovas, haviam absorvido e concentrado ferro em seus corpos. A maioria dos resultados apontou para uma supernova local entre 2 milhões e 3 milhões de anos atrás – com indícios de uma segunda alguns milhões de anos antes.

Para detectar traços de íons, um acelerador australiano disparou amostras por meio de um ímã.

Embora os restos dessas explosões tenham passado há muito tempo pela Terra, uma garoa dos átomos que elas explodiram continua. Em 2019, a equipe de Korschinek passou ferro de meia tonelada de neve fresca da Antártica em seu AMS e encontrou um punhado de átomos de ferro-60, que ele estima ter caído na Terra nos últimos 20 anos. Outra equipe encontrou um punhado de átomos em raios cósmicos detectados pelo Explorador de Composição Avançada da NASA em uma posição intermediária entre o Sol e a Terra. Os pesquisadores até encontraram ferro-60 no solo lunar trazido pelas missões Apollo. “A Lua confirmou que não era apenas um fenômeno baseado na Terra”, disse a astrônoma Adrienne Ertel, da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign (UIUC).

Dieter Breitschwerdt está tentando rastrear o ferro até sua origem no céu. Quando o astrônomo da Universidade Técnica de Berlim soube dos resultados de Korschinek, ele estava estudando a bolha local, uma região do espaço ao redor do Sistema Solar que foi eliminada da maior parte de seu gás e poeira. As supernovas eram as vassouras prováveis, então ele começou a rastrear gangues de estrelas na vizinhança do Sistema Solar para ver se alguma passava perto o suficiente do Sol para depositar ferro-60 na Terra quando alguns de seus membros explodiram.

Usando dados do Hipparcos, um satélite europeu de mapeamento estelar, Breitschwerdt procurou aglomerados de estrelas em trajetórias comuns e retrocedeu no relógio para ver onde estariam há milhões de anos. Dois aglomerados, agora parte da Scorpius-Centaurus OB Association (Sco OB2), pareciam estar no local perfeito – 300 anos-luz da Terra – cerca de 2,5 milhões de anos atrás. “Pareceu um milagre”, diz ele. As chances de uma detonação no momento certo eram boas. As supernovas de colapso do núcleo ocorrem em estrelas massivas. Com base nas idades e massas das 79 estrelas restantes nos aglomerados, Breitschwerdt estima que uma dúzia de ex-membros explodiram como supernovas nos últimos 13 milhões de anos.

Evidências visíveis para essas supernovas em Sco OB2 já se foram: os restos de supernovas se dissipam após cerca de 30.000 anos, e os buracos negros ou estrelas de nêutrons que eles deixam para trás são difíceis de detectar. Mas a direção de chegada da poeira de ferro poderia, em teoria, apontar para sua fonte. Amostras do fundo do mar não fornecem informações direcionais porque o vento e as correntes oceânicas movem a poeira conforme ela se assenta. Na Lua, no entanto, “não há atmosfera, então onde ela atinge é onde para”, diz o astrônomo Brian Fields da UIUC. Como ela gira, a Lua não pode fornecer direção longitudinal, mas se mais ferro-60 for detectado em um dos pólos do que no equador, por exemplo, isso poderia suportar Sco OB2 de Breitschwerdt como a fonte. Fields e vários colegas querem testar essa ideia e solicitaram à NASA amostras de solo lunar,

A EQUIPE DE KORSCHINEK  agora tem um rival na busca pelo ferro supernova: um grupo liderado por Anton Wallner, um ex-pós-doutorado de Korschinek, que usou um AMS atualizado na Australian National University (ANU) para analisar várias crostas de ferromanganês dragadas do fundo do Oceano Pacífico por uma empresa de mineração japonesa. “Agora nós empurramos Munique”, diz Wallner.

Este ano, em  Science Advances , a equipe de Wallner investigou o momento das supernovas recentes com mais precisão do que nunca, cortando uma amostra da crosta em 24 camadas de 1 milímetro de espessura, cada uma representando 400.000 anos. “Isso nunca foi feito antes com essa resolução de tempo”, diz Wallner, agora no Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Os 435 átomos de ferro-60 que eles extraíram fixaram a supernova mais recente em 2,5 milhões de anos atrás e confirmaram as sugestões de uma anterior, que eles estimaram em 6,3 milhões de anos atrás. Comparando a abundância de ferro-60 na crosta com modelos de quanto uma supernova produz, a equipe estimou a distância dessas supernovas entre 160 e 320 anos-luz da Terra.

A equipe de Wallner também encontrou 181 átomos de plutônio-244, outro isótopo radioativo, mas que pode ter sido forjado na própria explosão da supernova, e não na estrela precursora, como o ferro-60. Mas sua fonte é muito debatida: alguns pesquisadores acham que o plutônio-244 é difícil para as supernovas produzirem em grandes quantidades. Em vez disso, eles o vêem como o produto de colisões entre estrelas de nêutrons – cinzas deixadas para trás por supernovas.

Essas colisões, chamadas quilonovas, são 100 vezes mais raras do que as supernovas, mas são muito mais eficientes na fabricação dos elementos mais pesados. “As fusões de estrelas de nêutrons têm facilidade para produzir plutônio”, diz Rebecca Surman, astrofísica da Universidade de Notre Dame. “Para supernovas é muito mais difícil.”

Surman ainda vê um papel para as supernovas. Ela considera o plutônio-244 do fundo do mar relatado como um sinal de que uma kilonova, nas profundezas do passado, polvilhou nossa vizinhança interestelar com elementos pesados. Quando as duas supernovas recentes explodiram, seus remanescentes em expansão podem ter se espalhado e liberado parte do plutônio-244 interestelar junto com seu próprio ferro-60, especula ela. Korschinek, no entanto, diz que serão necessários mais dados sobre o sinal de plutônio e seu tempo para convencê-lo de que vários eventos raros aconteceram tão perto e tão recentemente.

ALÉM DE POLVILHAR A  Terra com núcleos raros, que impacto as supernovas próximas podem ter causado? Em 2016, uma equipe liderada por Melott e Thomas estimou o fluxo de várias formas de luz e raios cósmicos que provavelmente atingirão a Terra a partir de uma explosão a 300 anos-luz de distância. Escrevendo no  Astrophysical Journal Letters , eles concluíram que os fótons mais energéticos e potencialmente prejudiciais – raios-x ou raios gama – teriam impacto mínimo. “Não há muita radiação de alta energia”, diz Thomas. Eles sugeriram que algumas semanas de luz brilhante teriam pouco mais impacto do que perturbar os padrões de sono.

Os raios cósmicos – as partículas aceleradas quase à velocidade da luz por ondas de choque na bola de fogo em expansão da supernova – são outra história. Por serem carregados, eles podem ser desviados da Terra por campos magnéticos galácticos. Mas acredita-se que a bolha local seja quase totalmente desprovida de campos, então os raios cósmicos de apenas 300 anos-luz de distância teriam um disparo relativamente limpo.

A atmosfera teria sido submetida a uma longa barragem, descobriram Melott e Thomas. “O aumento é um processo lento, décadas pelo menos”, diz Thomas, atingindo um pico cerca de 500 anos após o flash da supernova e causando um aumento de 10 vezes na ionização do gás atmosférico que persistiria por 5.000 anos. Usando um modelo de química atmosférica desenvolvido pela NASA, eles estimaram que as mudanças químicas causadas pela ionização destruiriam o ozônio em cerca de 7% ou mais em alguns lugares e aumentariam a criação de compostos de óxido de nitrogênio fertilizantes em 30%. O aumento resultante em plantas pode ser suficiente para resfriar o clima e inaugurar o Pleistoceno.

Os raios cósmicos ainda não foram feitos. Quando partículas de alta energia atingem a atmosfera superior, elas criam cascatas de partículas secundárias. A maioria desaparece em novas colisões, mas os múons – primos pesados ​​e efêmeros dos elétrons – continuam. As criaturas na superfície da Terra receberiam o triplo da dose normal de radiação – equivalente a uma ou duas tomografias computadorizadas por ano. “Um risco aumentado [de câncer], mas não de envenenamento por radiação”, diz Thomas. No geral, a equipe pensou que os efeitos “não eram catastróficos”, mas poderiam ser detectados no registro fóssil se, por exemplo, certas espécies vulneráveis ​​desaparecessem enquanto outras sobrevivessem.

Uma crosta mineral do fundo do Oceano Pacífico continha ferro-60 e plutônio-244.

NORIKAZU KINOSHITAEm  Astrobiologia  em 2019, Melott e dois colegas descobriram que se a supernova explodisse a apenas 150 anos-luz de distância, em vez de 300, a radiação múon teria atingido os animais marinhos de forma surpreendentemente forte. A água bloqueia a maioria das partículas que caem do céu, mas os múons podem penetrar até 1 quilômetro. Criaturas marinhas, normalmente protegidas de quase toda a radiação, experimentariam o maior aumento relativo na dose e sofreriam mais. Isso é sinônimo de extinção da megafauna marinha no início da época do Pleistoceno, apenas recentemente identificada no registro fóssil.

Então, no ano passado, os proponentes da supernova sugeriram que um cenário semelhante poderia explicar um grande evento de extinção há 359 milhões de anos, no final do período Devoniano. Uma equipe liderada por John Marshall, da Universidade de Southampton, descobriu que os esporos de plantas semelhantes a samambaias da época repentinamente tornaram-se deformados e escuros, atribuindo as mudanças à radiação ultravioleta . A equipe não invocou uma causa astronômica. Mas escrevendo no  Proceedings of the National Academy of Sciences, os astrônomos viram a possível assinatura de uma supernova próxima. Eles sugeriram que uma explosão a apenas 60 anos-luz de distância poderia ter inundado a Terra em raios ultravioleta ao esgotar a camada de ozônio. “É muito especulativo”, admite o co-autor John Ellis, um teórico do King’s College London, já que atualmente é impossível identificar as impressões digitais radioativas de uma supernova tão antiga.

Em um artigo de 2020 no  The Journal of Geology , Melott e Thomas deram um salto especulativo maior. Eles notaram que, ao extrair elétrons das moléculas de ar, os raios cósmicos secundários criariam caminhos para relâmpagos, tornando as tempestades mais prováveis, que não apenas gerariam mais compostos de nitrogênio, mas também desencadeariam incêndios florestais. Curiosamente, uma camada de fuligem foi encontrada no registro de rochas em algumas partes do mundo no início do Pleistoceno. Melott e Thomas continuaram sugerindo que aqueles incêndios florestais induzidos por supernovas podem ter empurrado os primeiros humanos para fora das árvores e para a savana, levando ao bipedalismo, maior tamanho do cérebro e tudo o que se seguiu. “É fascinante dizer que uma supernova há 2,5 milhões de anos significa que estamos falando agora via Skype”, diz Korschinek.

Esses cenários não agradam aos paleontólogos. “O tempo é a resposta trivial para tudo”, diz Hull. “Sempre há algo acontecendo quando as coisas se extinguem.” Além disso, diz ela, a transição para o Pleistoceno “não precisa de explicação”. Segundo ela, outros eventos dessa época poderiam ter tido mais impacto no clima global, como o fechamento do istmo do Panamá, que alterou profundamente a circulação oceânica.

Para defender sua posição, diz ela, os astrônomos precisam definir o momento das antigas supernovas com mais precisão. Eles “precisam medir mais crostas”. Mas caçar vestígios de supernovas não está ficando mais fácil. Em 2019 a TUM fechou seu AMS, deixando apenas ANU com um acelerador potente o suficiente para separar o iron-60.

Em contraste, isótopos mais raros como o plutônio-244 poderiam permitir aos pesquisadores olhar mais para trás no tempo, mas eles exigem um AMS que enfatize a sensibilidade ao invés de força bruta, e Wallner diz que apenas alguns no mundo estão à altura do trabalho. Ele garantiu financiamento para construir uma nova instalação AMS em Dresden, Alemanha, especializada nos elementos mais pesados, que deve ser inaugurada até 2023. Para renovar a busca pelo ferro-60, sua equipe também fez uma proposta de financiamento nacional para construir um novo AMS de alta energia, que pode estar instalado e funcionando em 7 anos.

Para os astrônomos, um súbito lampejo de luz no céu hoje seria a melhor chance de ver como a supernova afeta a Terra. Mas as chances são mínimas de que veremos um show de luzes como o que pode ter deslumbrado nossos ancestrais distantes. Betelgeuse, uma gigante vermelha inquieta que provavelmente explodirá nos próximos 100.000 anos, se acalmou nos últimos meses e, em qualquer caso, está a mais de 500 anos-luz de distância. Sco OB2 agora está se afastando do sol. E usando dados do sucessor do Hipparcos, a missão europeia Gaia, Breitschwerdt rastreou outros 10 aglomerados de estrelas. “Nenhum está se aproximando”, diz ele. “O futuro” – para a Terra, não as supernovas – “é brilhante”.

Publicação original da revista Science.

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *