Als het te dicht bij een omgeving met een complex leven staat, kan een gammastraaluitbarsting een ondergang betekenen voor dat leven. Maar kunnen GRB's de reden zijn dat we nog geen bewijs hebben gevonden van andere beschavingen in de kosmos? Om te helpen bij het beantwoorden van de grote vraag 'waar is iedereen?' natuurkundigen uit Spanje en Israël hebben de tijdsperiode en de gebieden van de ruimte waarin het complexe leven zou kunnen bestaan, verkleind met een laag risico op uitsterven door een GRB.
GRB's zijn enkele van de meest catastrofale gebeurtenissen in het universum. Astrofysici staan versteld van hun intensiteit, waarvan sommige het hele universum gedurende korte tijd kunnen overtreffen. Tot dusver zijn het ongelooflijke verre gebeurtenissen gebleven. Maar in een nieuw artikel hebben natuurkundigen afgewogen hoe GRB's kunnen beperken waar en wanneer het leven kan blijven bestaan en evolueren, mogelijk tot intelligent leven.
In hun paper, "Over de rol van GRB's over het uitsterven van levens in het universum", gepubliceerd in het tijdschrift WetenschapDr. Piran van de Hebrew University en Dr. Jimenez van de Universiteit van Barcelona bekijken eerst wat er bekend is over gammastraaluitbarstingen. De metalliciteit van sterren en sterrenstelsels als geheel houdt rechtstreeks verband met de frequentie van GRB's. Metalliciteit is de overvloed aan elementen buiten waterstof en helium in de inhoud van sterren of hele sterrenstelsels. Meer metalen verminderen de frequentie van GRB's. Melkwegstelsels met een laag metaalgehalte zijn vatbaar voor een hogere frequentie van GRB's. De onderzoekers, verwijzend naar hun eerdere werk, stellen dat observationele gegevens hebben aangetoond dat GRB's over het algemeen niet gerelateerd zijn aan de stervormingssnelheid van een sterrenstelsel; het vormen van sterren, inclusief massieve sterren, is niet de belangrijkste factor voor de verhoogde frequentie van GRB's.
Zoals het lot het wil, leven we in een melkwegstelsel met een hoog metaalgehalte - de Melkweg. Piran en Jimenez laten zien dat de frequentie van GRB's in de Melkweg lager is op basis van de meest recente beschikbare gegevens. Dat is het goede nieuws. Belangrijker is de plaatsing van een zonnestelsel in de Melkweg of een ander sterrenstelsel.
De krant stelt dat er een kans van 50% is op een dodelijk GRB heeft de afgelopen 500 miljoen jaar in de buurt van de aarde plaatsgevonden. Als een sterrenstelsel zich binnen 13.000 lichtjaar (4 kiloparsecs) van het galactische centrum bevindt, neemt de kans toe tot 95%. In feite maakt dit de dichtste gebieden van alle sterrenstelsels te vatbaar voor GRB's om het complexe leven mogelijk te maken.
De aarde ligt op 8,3 kiloparcs (27.000 lichtjaar) van het galactische centrum en het werk van de astrofysici concludeert ook dat de kans op een dodelijke GRB in een tijdspanne van 500 miljoen jaar niet lager wordt dan 50% tot voorbij 10 kiloparsecs ( 32.000 lichtjaar). De kansen op aarde waren dus niet het meest gunstig, maar uiteraard voldoende. Sterrenstelsels die verder van het centrum verwijderd zijn, zijn veiligere plaatsen om te leven en te evolueren. Alleen de afgelegen gebieden met lage sterdichtheid van grote sterrenstelsels houden het leven buiten de gevaren van gammastraaluitbarstingen.
Het artikel gaat verder met het beschrijven van hun beoordeling van het effect van GRB's in het hele universum. Ze stellen dat slechts ongeveer 10% van de sterrenstelsels omgevingen heeft die bevorderlijk zijn voor het leven wanneer GRB-gebeurtenissen een probleem zijn. Op basis van eerder werk en nieuwe gegevens moesten sterrenstelsels (hun sterren) een metaalgehalte van 30% van de zon bereiken, en de sterrenstelsels moesten een diameter van ten minste 4 kilo (13.000 lichtjaar) in diameter hebben om het risico op dodelijke GRB's. Eenvoudig leven zou herhaalde GRB's kunnen overleven. Het evolueren naar hogere levensvormen zou herhaaldelijk worden tegengehouden door massa-extincties.
Het werk van Piran en Jimenez onthult ook een relatie met een kosmologische constante. Verder terug in de tijd was de metalliciteit binnen sterren lager. Pas na generaties van stervorming - miljarden jaren - zijn er in sterrenstelsels zwaardere elementen opgebouwd. Ze concluderen dat complex leven zoals op aarde - van kwallen tot mensen - zich in het vroege heelal niet vóór Z> 0,5 had kunnen ontwikkelen, een kosmologische roodverschuiving die gelijk is aan ~ 5 miljard jaar geleden of langer geleden. Uit analyse blijkt ook dat er een kans van 95% is dat de aarde de afgelopen 5 miljard jaar een dodelijke GRB heeft ervaren.
De vraag welk effect een nabijgelegen GRB op het leven zou kunnen hebben, is al tientallen jaren aan de orde. In 1974 onderzocht Dr. Malvin Ruderman van Columbia University de gevolgen van een nabijgelegen supernova op de ozonlaag van de aarde en op het aardse leven. Zijn en daaropvolgende werk heeft vastgesteld dat kosmische straling zou leiden tot uitputting van de ozonlaag, een verdubbeling van de ultraviolette zonnestraling die het oppervlak bereikt, afkoeling van het aardse klimaat en een toename van NOx en neerslag die biologische systemen beïnvloedt. Geen mooi plaatje. Het verlies van de ozonlaag zou leiden tot een domino-effect van atmosferische veranderingen en blootstelling aan straling, wat zou leiden tot de ineenstorting van ecosystemen. Een GRB wordt beschouwd als de meest waarschijnlijke oorzaak van de massale uitsterving aan het einde van de Ordovicium-periode, 450 miljoen jaar geleden; er blijft veel discussie over de oorzaken van deze en verschillende andere massa-uitstervingsgebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde.
De paper focust op wat geacht wordt lang GRB's - lGRB's - die in tegenstelling totkort GRB's die slechts een seconde of minder duren. Men denkt dat lange GRB's het gevolg zijn van de ineenstorting van massieve sterren zoals gezien in supernova's, terwijl sGRB's afkomstig zijn van de botsing van neutronensterren of zwarte gaten. Er blijft onzekerheid over de oorzaken, maar de langere GRB's geven veel grotere hoeveelheden energie af en zijn het gevaarlijkst voor ecosystemen die een complex leven herbergen.
Het papier vernauwt de tijd en ruimte die beschikbaar is voor het ontwikkelen van een complex leven binnen ons universum. In de tijd van het heelal, ongeveer 14 miljard jaar, zijn alleen de laatste 5 miljard jaar bevorderlijk geweest voor het creëren van een complex leven. Bovendien voorzag slechts 10% van de sterrenstelsels in de afgelopen 5 miljard jaar in dergelijke omgevingen. En binnen alleen grotere sterrenstelsels zorgden alleen de buitengebieden voor de veilige afstanden die nodig waren om dodelijke blootstelling aan een gammastraaluitbarsting te vermijden.
Dit werk laat zien hoe goed ons zonnestelsel past binnen de ideale omstandigheden om een complex leven te laten ontwikkelen. We staan op redelijk goede afstand van het galactische centrum van de Melkweg. De leeftijd van ons zonnestelsel, ongeveer 4,6 miljard jaar, ligt in de tijd binnen de veilige zone van 5 miljard jaar. Maar voor veel andere stelsystemen is het, ondanks hoeveel er nu in het hele universum worden geacht te bestaan - 100 s miljarden in de Melkweg, triljoenen in het hele heelal - eenvoudig een manier van leven vanwege GRB's. Dit werk geeft aan dat complex leven, inclusief intelligent leven, waarschijnlijk minder vaak voorkomt wanneer alleen rekening wordt gehouden met het effect van gammastraaluitbarstingen.
Referenties:
Over de rol van GRB's bij het uitsterven van levens in het universum, Tsvi Piran, Raul Jimenez, Science, nov 2014, pre-print
