Explodierende Sterne: Ist die Erde gefÀhrdet?

Wenn Sterne explodieren, wird ein mörderischer Strom von Energie freigesetzt. Das Leben auf der Erde mag durch einen solchen gewaltsamen Ausbruch teilweise ausgelöscht worden sein, aber es gibt kaum noch Beweise, die eine solche Behauptung rechtfertigen könnten. Eine neue Studie plant, die forensischen Details auszufüllen.

"Wir versuchen, eine bessere Einschätzung darüber zu erhalten, wie gefährlich ein bestimmtes Ereignis sein wird", sagt Brian Thomas von der Washburn University in Topeka, Kansas.

Thomas und seine Kollegen werden das breite Spektrum astrophysikalischer Phänomene untersuchen, die hochenergetische Strahlung über den interstellaren Raum bis vor die Haustür der Erde schleudern könnten [wie in einer kolossalen Explosion, die 2004 entdeckt wurde]. Das Team wird auch verschiedene Arten von Phytoplankton ausstrahlen, um zu verstehen, wie das Leben von einer Sternexplosion beeinflusst wird, da das Leben rund um den Globus stark von diesen mikroskopischen Pflanzen abhängt.

Die Gefahr durch Sternexplosionen wurde schon früher erwogen, aber dies wird die erste umfassende Studie sein. "Wir bauen auf früheren Arbeiten auf, indem wir sie auf eine Vielzahl von astrophysikalischen Ereignissen ausweiten und die biologische Modellierung präzisieren", sagt Thomas. Das Projekt ist Teil des NASA-Programms für Exobiologie und Evolutionsbiologie.

Die üblichen Verdächtigen

Sterne sind im Allgemeinen zu weit weg, um sich um das Leben auf unserem Planeten zu kümmern. Aber bestimmte stellare Eruptionen haben das Potenzial, über zehn oder sogar tausende von Lichtjahren zu erreichen.

Die bekannteste davon ist eine Supernova, die der Vorhang eines massereichen Sterns mit der achtfachen oder mehrfachen Masse unserer Sonne ist. Wenn der Kernbrennstoff für einen solchen Ungeheuer ausläuft, erzeugt der kollabierende Kern eine Explosion, die eine ganze Galaxie von Sternen überstrahlt, solange sie andauert.

Ein paar Supernovae explodieren jedes Jahrhundert in unserer Galaxie. Aber für einen von ihnen, der ernsthafte Konsequenzen für die Erde haben sollte, müssten wir ungefähr innerhalb eines Radius von 10 Lichtjahren der Explosion sein.

Bestimmte Sternexplosionen, sogenannte Hypernovae, haben eine viel größere Reichweite. Zehnmal stärker als typische Supernovae sind Hypernovae die Quelle für Langzeit-Gammastrahlenausbrüche (GRBs), bei denen es sich um hochenergetische Strahlen entlang der Achse des sterbenden Sterns handelt. Ein GRB könnte 6.500 Lichtjahre zurücklegen und der Erde immer noch großen Schaden zufügen, sagt Thomas.

Die Anzahl der GRBs ist viel geringer als die Anzahl der Supernovae, aber die genaue Rate in unserer Galaxis ist noch immer umstritten. Vor ein paar Jahren hat eine Gruppe von Astronomen berechnet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein GRB in unserer Nähe explodiert, sehr gering ist, da GRBs eher in jungen Galaxien mit weniger schweren Elementen als in der Milchstraße vorkommen.

Aber Thomas sagt, dass nachfolgende Analysen diese Berechnung in Frage gestellt haben, teilweise weil unsere Galaxie in der Vergangenheit mit kleineren, jüngeren Galaxien verschmolzen ist, die GRB-tickende Zeitbomben mit sich gebracht haben könnten. "Unsere Wahrscheinlichkeit, ein GRB zu veranstalten, könnte sich mit der Zeit ändern", sagt Thomas.

Er spekuliert, dass im Durchschnitt ein GRB etwa alle 10 Millionen Jahre unsere Galaxie erleuchtet.

Andere mögliche Täter

Langzeit-GRBs und Supernovae sind vielleicht die am besten verstandenen, aber sie sind nicht die einzigen Super-Stern-Katastrophen.

Kurzfristige GRBs entstehen nicht durch massive Todesfälle von Sternen, sondern es wird angenommen, dass sie hauptsächlich die Verschmelzung zweier Neutronensterne sind. Obwohl weniger Energie freigesetzt wird als in einem Langzeit-GRB, ist der Anteil an hochenergetischen Gammastrahlen höher. Darüber hinaus treten kurzlebige GRBs eher in reifen Galaxien wie unserer auf, wo Neutronensterne häufiger vorkommen.

Weiche Gammastrahlen-Repeater stammen auch von Neutronensternen - angeblich, wenn die super-dichte Oberfläche reißt. Wenn eine davon 10 Lichtjahre entfernt stattfand, könnten die Auswirkungen dramatisch sein. In der Tat, am 27. Dezember 2004, die Strahlung von einem weichen Gammastrahlen-Repeater unterbrochen Radiowellenübertragungen auf der Erde. Nichts wurde beschädigt, aber das Quellobjekt war erstaunliche 50.000 Lichtjahre entfernt.

Thomas und seine Kollegen werden aktuelle Daten des Swift-Satelliten und des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops zusammentragen, um die Raten und die Strahlungsleistung weicher Gammastrahlen-Repeater, GRBs und Supernovae besser abzuschätzen.

Obwohl es keinen Beweis dafür gibt, dass einer von ihnen kürzlich in unserer Nachbarschaft explodiert ist, ist es wichtig zu bemerken, dass unsere Sonne durch die Galaxie wandert und daher neben einem Stern mit einer hohen Energieanpassung hätte streichen können.

Weltweites Ozonloch

Die andere Hälfte der Studie wird auf die möglichen biologischen Folgen eines astrophysikalischen Feuerwerks in der Nähe eingehen.

Gammastrahlen und Röntgenstrahlen können nicht sehr weit in die Erdatmosphäre eindringen, aber sie können dennoch eine lang anhaltende Wirkung haben. Die energiereiche Strahlung zerlegt Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle in der Stratosphäre der Erde und lässt sie sich als Stickoxid (NO) reformieren. Dieses Molekül zerstört Ozon auf die gleiche Weise wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).

"Der Effekt ist wie das aktuelle Ozonloch, aber über den Globus verteilt", sagt Thomas.

Ozon schützt das Leben auf der Erde vor den ultravioletten Strahlen der Sonne. Durch die Zerstörung dieses atmosphärischen Schildes könnte eine astrophysikalische Explosion zu höheren DNA- und Proteinschäden in Organismen mit größerer Sonneneinstrahlung führen.

Thomas 'Gruppe hat zuvor festgestellt, dass ein relativ naher GRB in bestimmten Regionen 75 Prozent des Ozons zerstören könnte, mit einem global gemittelten Abbau von etwa 35 bis 40 Prozent. Im Gegensatz dazu ist das Ozonloch, das derzeit über der Antarktis schwebt, um maximal 60 Prozent dezimiert, macht aber nur einen global gemittelten Abbau von 3 bis 5 Prozent aus.

Thomas sagt, dass die Ozonzerstörung beginnen würde, sobald die Strahlung auftrifft, und würde für mehrere Jahre andauern. Es kann mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis der Ozonschild der Erde wieder seine volle Stärke erreicht hat.

Fried Plankton

Der Verlust von Ozon würde schwerwiegende Auswirkungen auf das Leben auf der ganzen Welt haben.Einer der anfälligsten Organismen wäre Phytoplankton. Diese einzelligen Organismen leben an der Spitze der Wassersäule, wo UV-Licht zu erreichen ist. Sie vermehren sich auch schnell, so dass sich DNA-Schäden über mehrere Generationen anhäufen.

Wenn das Phytoplankton absterben würde, würden sich die Auswirkungen im Ozean ausbreiten, da diese photosynthetischen Mikroben die Grundlage der marinen Nahrungskette bilden. Sie produzieren auch mindestens die Hälfte des Sauerstoffs der Welt.

Das Team hat einige repräsentative Arten von Phytoplankton ausgesucht, um auf verschiedenen Ebenen zu strahlen und zu sehen, wie sich ihre Produktivität verändert. Die Ergebnisse der Studie sollten Astrobiologen ein besseres Gefühl dafür geben, wie wahrscheinlich es ist, dass unser Planet oder ein anderer Planet in unserer Galaxie durch eine Sterneruption zerstört wurde.

Mögliche Anzeichen für ein solches astrophysikalisches Foulspiel sind beim Aussterben der Ordoviziumarten zu sehen, das vor 450 Millionen Jahren auftrat und 60 Prozent der wirbellosen Meerestiere einbüßte. Der Fossilienbestand zeigt, dass Organismen am oberen Ende der Wassersäule und in mittleren Breiten am stärksten betroffen sind, wie man es von einem plötzlichen Ozonverlust erwarten würde.