Quando una stella massiccia esplode come una supernova, rilascia non solo una straordinaria quantità di energia. Le esplosioni di supernova sono responsabili della creazione di alcuni elementi pesanti, tra cui il ferro, che viene sparato nello spazio dall’esplosione. Sulla Terra, ci sono due accumuli dell’isotopo di ferro Fe60 nei sedimenti del fondo marino che gli scienziati tracciano indietro nel tempo di circa due o tre milioni di anni fa e circa cinque o sei milioni di anni fa. Le esplosioni che hanno creato il ferro hanno anche esposto la Terra a radiazioni cosmiche.

In una nuova ricerca presentata all’Astrophysical Journal Letters, gli scienziati analizzano quanta energia ha raggiunto la Terra da queste esplosioni e come quella radiazione potrebbe aver influenzato la vita sul nostro pianeta. Il documento è intitolato “La vita nella Bolla: Come una supernova vicina ha lasciato impronte effimere nello spettro dei raggi cosmici e impronte indelebili sulla vita.” Gli autori principali provengono dall’UC Santa Cruz.

“La vita sulla Terra evolve costantemente sotto un’esposizione continua a radiazioni ionizzanti provenienti sia da fonti terrestri che cosmiche,” scrivono gli autori. La radiazione terrestre diminuisce lentamente nel corso di miliardi di anni. Ma non la radiazione cosmica. L’ammontare di radiazione cosmica a cui la Terra è esposta varia mentre il nostro Sistema Solare si muove attraverso la galassia. “L’attività di supernova vicina (SN) ha il potenziale di aumentare i livelli di radiazione sulla superficie della Terra di diversi ordini di grandezza, il che si prevede abbia un impatto profondo sull’evoluzione della vita,” affermano.

Gli autori spiegano che l’accumulo di due milioni di anni fa proviene direttamente da un’esplosione di supernova, mentre l’accumulo più antico è da attribuire al passaggio della Terra attraverso una bolla.

La bolla nel titolo dello studio proviene da un particolare tipo di stella chiamata stelle OB. Le stelle OB sono stelle massicce, calde e a vita breve che di solito si formano in gruppi. Queste stelle emettono potenti venti che creano “bolle” di gas caldo nel mezzo interstellare. Il nostro Sistema Solare si trova all’interno di una di queste bolle, chiamata Bolla Locale, che è larga quasi 1.000 anni luce ed è stata creata diversi milioni di anni fa.

La Terra è entrata nella Bolla Locale circa cinque o sei milioni di anni fa, il che spiega l’accumulo più antico di Fe60. Secondo gli autori, l’accumulo più recente di Fe60 di due o tre milioni di anni fa proviene direttamente da una supernova.

“È probabile che il picco di 60Fe a circa 2-3 Myr derivi da una supernova avvenuta nell’associazione Upper Centaurus Lupus nella costellazione dello Scorpione (~140 pc) o nell’associazione Tucana Horologium (~70 pc). Mentre il picco di ~ 5-6 Myr è probabilmente attribuido all’ingresso del Sistema Solare nella bolla,” scrivono gli autori.

Il pannello di sinistra mostra la Bolla Locale e le associazioni stellari vicine, mentre il pannello di destra mostra le loro coordinate galattiche. Il pannello di destra mostra anche una nuova bolla galattica scoperta nel 2018, probabilmente il residuo di una SN esplosa nell’Upper Centaurus Lupus.

La Bolla Locale non è un luogo tranquillo. Ci sono volute varie supernovae per crearla. Gli autori affermano che ci sono state 15 esplosioni di SN negli ultimi 15 milioni di anni per creare la Bolla Locale. “Sappiamo dalla ricostruzione della storia della Bolla Locale che almeno 9 SN sono esplose negli ultimi 6 Myrs,” scrivono.

I ricercatori hanno raccolto tutti i dati e calcolato l’ammontare di radiazione proveniente da più SNe nella Bolla Locale. “Non è chiaro quali siano gli effetti biologici di tali dosi di radiazione,” scrivono, ma discutono alcune possibilità.

Questa figura mostra il tasso medio di dose sperimentato a livello del suolo in funzione della distanza dalla SN vicina. La dose media è calcolata per i primi 10 kyr (linea solida) e per i primi 100 kyr (linea tratteggiata) dopo l’esplosione della SN. Non è sufficiente per scatenare un’estinzione, ma potrebbe aver guidato la diversificazione delle specie.

La dose di radiazione potrebbe essere stata sufficientemente forte da creare rotture a doppio filamento nel DNA. Questo è un danno grave che può portare a cambiamenti cromosomici e persino alla morte cellulare. Ma ci sono anche altri effetti in termini di sviluppo della vita sulla Terra.

“Le rotture a doppio filamento nel DNA possono portare potenzialmente a mutazioni e a un balzo nella diversificazione delle specie,” scrivono i ricercatori. Un articolo del 2024 ha mostrato che “il tasso di diversificazione dei virus nel lago africano Tanganyika è aumentato 2-3 Myr fa.” Potrebbe essere connesso alla radiazione SN?

“Sarebbe interessante capire meglio se questo possa essere attribuito all’aumento della dose di radiazione cosmica che prevediamo si sia verificata durante quel periodo,” anticipano gli autori.

La radiazione della SN non è stata abbastanza potente da scatenare un’estinzione. Ma potrebbe essere stata sufficientemente forte da innescare più mutazioni, il che potrebbe portare a una maggiore diversificazione delle specie.

La radiazione è sempre parte dell’ambiente. Sale e scende man mano che gli eventi si svolgono e mentre la Terra si muove attraverso la galassia. In qualche modo, deve essere parte dell’equazione che ha creato la diversità della vita sul nostro pianeta.

“È quindi certo che la radiazione cosmica è un fattore ambientale chiave quando si valuta la fattibilità e l’evoluzione della vita sulla Terra, e la domanda principale riguarda la soglia affinché la radiazione sia un innesco favorevole o dannoso quando si considera l’evoluzione delle specie,” concludono gli autori.

Purtroppo, non comprendiamo chiaramente esattamente come la radiazione influisca sulla biologia, quali soglie possano esistere e come queste possano cambiare nel tempo. “La soglia esatta può essere stabilita solo con una chiara comprensione degli effetti biologici della radiazione cosmica (specialmente dei muoni che dominano a livello del suolo), che rimane altamente inesplorato,” scrivono Nojiri e i suoi coautori.

Lo studio dimostra che, sia che possiamo vederlo nella vita quotidiana o meno, o anche se ne siamo consapevoli o no, il nostro ambiente spaziale esercita una forza potente sulla vita sulla Terra. La radiazione SN potrebbe aver influenzato il tasso di mutazione in momenti cruciali della storia della Terra, aiutando a plasmare l’evoluzione.

Senza le esplosioni di supernova, la vita sulla Terra potrebbe apparire molto diversa. Molte cose dovevano andare nel modo giusto affinché noi fossimo qui. Forse, in un passato lontano, le esplosioni di supernova hanno giocato un ruolo nella catena evolutiva che ci ha portato a noi.