Wat jaarringen ons leren over supernova's

Sterren komen, sterren gaan. En zware sterren doen dat met een enorme kosmische knal. Een supernova kan in de tijdspanne van enkele dagen evenveel energie uitstralen als onze zon gedurende haar hele bestaan. Een supernova dicht bij de aarde – in kosmische termen dan – zou een enorme impact hebben op het leven op onze planeet. Een grote uitstervingsgolf 440 miljoen jaar geleden bijvoorbeeld wordt gelinkt aan een supernova, al liggen er ook andere verklaringen op tafel.

'Een supernova in onze nabijheid zou zoveel gammastraling op ons afsturen dat de ozonlaag haast zou verdwijnen, met zware gevolgen voor het klimaat en het leven op aarde,' zo verduidelijkt aardwetenschapper Robert Brakenridge van de University of Colorado Boulder. 'Zonder de bescherming van de ozonlaag dringt het ultraviolet licht van de zon haast ongefilterd door de atmosfeer, wat planten en dieren kan schaden. Bovendien zou de aarde sterk afkoelen zonder de ozonlaag.'

Pieken in koolstof-14

Brakenridge onderzocht¹ of ook supernova's dieper in de ruimte een impact hebben. Hij legde de data over het voorkomen van supernova's en die van jaarringen van bomen naast elkaar, en zocht naar gelijklopende patronen. 'Het effect van verafgelegen supernova's uit zich in de eerste plaats in verandering in kosmogene isotopen zoals bijvoorbeeld koolstof-14, een isotoop van koolstof. En fluctuaties in de aanwezigheid van koolstof-14 zijn terug te vinden in de jaarringen van bomen.'

Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met een gelijk aantal protonen in de kern, maar met een verschillend aantal neutronen. Koolstof-14 komt relatief weinig voor op aarde en ontstaat voornamelijk door de impact van kosmische straling. De hoeveelheid van deze isotoop in de atmosfeer is relatief constant.

Bomen nemen koolstof op uit de atmosfeer in de vorm van CO2, inclusief de koolstof-14 isotoop. Eens vastgelegd als hout in een boom, is er geen interactie meer met de atmosfeer. 'De verhouding van koolstof-14 met andere koolstofisotopen wordt op die manier vastgelegd, terwijl het koolstof-14 in de atmosfeer langzaam vervalt, vertelt Brakenridge. 'Dat schets een betrouwbaar beeld van de aanwezigheid van koolstof-14 over een lange periode, want de data aan jaarringen reikt 14000 jaar terug.'

Kosmische sporen

De laatste stuiptrekkingen van grote sterren duren kort, maar laten hun sporen na in het heelal in de vorm van nevels en gaswolken. Dat laat wetenschappers toe supernova's te dateren, zij het met enige marge, aldus Brakenridge. 'Op basis van die datering maakte ik een voorspelling over de aanwezigheid van kosmisch koolstof-14 in jaarringen. Het lijkt erop dat de effecten van de recente supernova's terug te vinden zijn in de hoeveelheid koolstof-14 dat de jaarringen bevatten. Acht supernova's corresponderen met de pieken in koolstof-14 in jaarringen, vier ervan zelfs behoorlijk precies.'

Met de resultaten van het onderzoek, gepubliceerd in het International Journal of Astrobiology, wil Brakenridge een aanzet geven om de impact van verafgelegen kosmische gebeurtenissen op het leven op aarde verder uit te diepen. 'Ook zonnevlammen – explosies aan het oppervlakte van de zon – stoten veel kosmische straling uit en zouden de fluctuaties in de hoeveelheid  koolstof-14 in jaarringen kunnen verklaren. Dat zal verder onderzoek moeten uitwijzen.'

Noten

1. G. Robert Brakenridge. Solar system exposure to supernova γ radiation. International Journal of Astrobiology, 2020; 1 DOI: 10.1017/S1473550420000348