Supernovaeksplosjoner kontrollerer livet og klimaet i verden

 

NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair – Wikimedia Commons

Keplers supernova SN 1604, som eksploderte i 1604. Fargene på bildet er «falske», det vil si sammensatt av tre bilder med «fargene» infrarød, synlig lys og røntgenstråling.

En bekreftelse av Svensmarks idéer vil føre til intet mindre enn et paradigmeskifte som tilsvarer fremveksten av platetektonikk i geologi eller evolusjon i biologi, sier geologiprofessor Claudio Gaucher om de siste resultatene presentert av den danske astrofysikeren Henrik Svensmark.

Kraftige eksplosjoner fra døende stjerner, også kalt supernovaer, har i milliarder av år kontrollert forholdene for komplekst liv på jorden og spilt en langt større rolle i klimaet vårt enn vi har trodd. Henrik Svensmark, astrofysiker og seniorforsker ved DTU Space (romforskningsdelen av Danmarks Tekniske Universitet), sier nettopp det på en kort, grei og kontroversiell måte i sin siste studie.

«Mennesker har gjennom sin nysgjerrighet et ønske om å forstå sin rolle i forhold til universet. Disse resultatene bærer en overraskende erkjennelse av at universet har satt betingelsene for liv på jorden – også for oss mennesker. Det er en erkjennelse som endrer hele vår oppfatning av vår betydning i forhold til verdensrommet, sa Svensmark.

Henrik Svensmarks nye studie «Supernova Rates and Burial of Organic Matter» ble publisert onsdag 12. januar 2022 i det fagfellevurderte vitenskapelige tidsskriftet Geophysical Research Letters. I studien beskriver han en sammenheng mellom svingninger i antall supernovaer og mengden organisk materiale begravd i havbunnen.

Henrik Svensmark presenterer også ytterligere bevis for sin og kollegenes teori om at det er en sammenheng mellom kosmiske stråler, dannelsen av skyer og klimaet på jorda.

Teorien er mye omdiskutert og kontroversiell fordi den stiller spørsmål ved om klimagasser er like relevante for klimaendringer som det store flertallet av verdens klimaforskere og FNs klimapanel (IPCC) vurderer basert på flere tiår med massiv internasjonal forskning – eller om kosmiske stråler også kan ha betydning.

Til tross for nær 100 prosent enighet blant forskere om at klimaendringer først og fremst skyldes menneskeskapte klimagassutslipp, og at IPCC høsten 2021 fastslo at praktisk talt all global oppvarming er forårsaket av mennesker, har Henrik Svensmark i mer enn to tiår jobbet utrettelig for å bevise sin teori om verdensrommets rolle.

Universet kontrollerer livet på jorden

Den nye studien beskriver sammenhenger mellom svingninger i antall eksploderende døende stjerner – den såkalte supernovahastigheten – og en rekke parametere som er knyttet til liv og klima på jorden gjennom milliarder av år. Henrik Svensmark bruker supernovahastigheten som en proxy for å uttrykke hvor mye kosmisk stråling som har nådd jorden i løpet av en gitt tidsperiode.

Supernovaer sender ut enorme mengder kosmisk stråling bestående av høyenergi ladede partikler (omtrent 90 prosent protoner). Når ladede partikler treffer jordens atmosfære, blir de ionisert. Henrik Svensmarks forskning tyder derfor på at de spiller en avgjørende rolle for liv og klima. Vi kommer tilbake til den delen.

På geologiske tidsskalaer, som er perioder på millioner av år, er det svingninger i supernovahastigheten og den resulterende kosmiske strålingen. Mengden organisk materiale som er begravd i marine sedimenter varierer også markant over tid. Grafene under viser utviklingen av kosmisk stråleintensitet på toppen, beregnet av Henrik Svensmark, og mengdene organisk materiale de siste 3,5 milliarder årene nederst.

På toppen er en kurve over kosmisk stråleintensitet over de siste 3,5 milliarder årene, som Henrik Svensmark har beregnet ut fra stjernedannelsesdata, åpne klyngedata (en gruppe stjerner som er gravitasjonsbundet til hverandre), og endringer i solens utvikling. Den nederste kurven viser andelen karbon som er begravd i sedimentene. Det grå båndet representerer én sigma-usikkerhet. Over den øverste grafen er istider markert med blått. Illustrasjon: Henrik Svensmark

Henrik Svensmark finner en sammenheng mellom supernovahastigheten og organisk materiale begravd i marine sedimenter. Selv om en korrelasjon ikke nødvendigvis innebærer en kausalitet, mener han at kurvene overlapper så perfekt at det ikke kan være tilfeldig.

"Mengden biomasse til enhver tid stemmer utrolig godt med endringene i supernovahastigheten. Det er ingen bevis i naturvitenskapen, bare sannsynlighet, men når det er sagt, så passer så mange ting så utrolig godt sammen at sannsynligheten for en tilfeldighet er veldig liten, sier Henrik Svensmark.

En kontroversiell klimateori

Henrik Svensmark tar korrelasjonen med nedgravd organisk materiale i sin siste studie flere skritt videre og undersøker sammenhenger mellom supernovahastigheten, globale temperaturer, næringsstoffer og akkumulering av oksygen i atmosfæren over tid. Og her kommer vi tilbake til den kontroversielle teorien.

For rundt 25 år siden presenterte Henrik Svensmark og hans kollega Eigil Friis-Christensen først teorien om at kosmisk stråleionisering i atmosfæren forårsaker skydannelse. Forklaringen er ifølge teorien at de ladede partiklene hjelper til med dannelsen av aerosoler, som er luftbårne partikler og utløseren av skyer på himmelen.

Vann liker ikke å binde seg til seg selv, men legger seg i stedet på overflaten av aerosoler og kondenserer til dråper og til slutt skyer. Flere skyer over lengre tid fører til et kaldere klima fordi de reflekterer sollysets energi tilbake til verdensrommet.

Den mest kontroversielle delen av teorien er antagelsen om at kosmiske stråler danner aerosoler som kan danne skyer. Eksperimenter fra både DTU og European Organization for Nuclear Research (CERN) har tidligere vist at den ioniserende strålingen kan danne små aerosoler på noen få nanometer store i en atmosfære som inneholder vanndamp, ozon og svoveldioksid.

Kritikere av Henrik Svensmarks klimateori tviler imidlertid sterkt på at mange av disse små aerosolene er i stand til å vokse til en størrelse på minst 50 nanometer, noe som kreves for at de skal fungere som kondensasjonskjerner for skydannelse. Kritikken støttes blant annet av datasimuleringer utført av Colorado State University i USA i 2009.

Henrik Svensmark mener å ha tilbakevist dette synspunktet med en studie publisert i Nature Communications i 2017, som påpeker at kosmiske stråler også kan akselerere veksthastigheten til aerosoler. Svensmarks 2017-studie har imidlertid blitt kritisert, blant annet av en CERN-forsker, for å ha for liten effekt.

Men tilbake til hans siste studie – hvis det er slik at kosmiske stråler fra supernovaer påvirker jordens klima gjennom aerosol- og skydannelse, så regulerer de døende stjernene også betingelsene for liv på jorden.

Supernovaer og livet på jorden

Livet på jorden og den totale biomassen til enhver tid er avhengig av tilførsel av næringsstoffer som jern, fosfor, nitrogen og karbon. Mengden næringsstoffer på et gitt tidspunkt har blitt kartlagt av forskere over tid ved å studere innholdet av en rekke næringsstoffer i pyritt (også kalt dårens gull) innebygd i svart skifer sedimentert på havbunnen.

På bakgrunn av data om innholdet av næringsstoffer de siste 500 millioner årene finner Henrik Svensmark en annen sammenheng med svingninger i supernovahastigheten (se grafen under).

Den blå kurven viser endringer i supernovahastighet og det grå området viser dette med en usikkerhet på én sigma. Variasjoner i mengde næringsstoffer i havene vises som blå prikker, med den statistiske usikkerheten (øvre og nedre kvartil) vist som vertikale grå linjer som går gjennom dem. Illustrasjon: Henrik Svensmark

Denne sammenhengen fører oss tilbake til mengden organisk materiale begravd i marine sedimenter, som Henrik Svensmark bruker i sin studie som en proxy for produksjon av en viktig forutsetning for komplekst liv: oksygen.

For når de biologiske systemene tilfører store mengder næringsstoffer, er det mulig å ha store mengder biomasse. En stor mengde biomasse gjør at mer dødt organisk materiale, alt annet likt, faller ned på havbunnen og begraves i sedimenter. Motsatt, når noen næringsstoffer tilføres de biologiske systemene, blir det mindre biomasse og mindre organisk materiale begravd, forklarer Henrik Svensmark.

"Tolkningen må være at supernovahastigheter påvirker klimaet, noe som resulterer i markante endringer i blanding av næringsstoffer mellom atmosfæren og havene. Et kaldt klima vil medføre stor temperaturforskjell mellom ekvator og polene og derfor intens blanding. Derfor vil et kaldt klima tilføre betydelig mer næringsstoffer til de biologiske systemene, mens et varmt klima vil medføre mindre blanding og tilføre mindre mengde næringsstoffer," sier han.

I tillegg påpeker Henrik Svensmark at organisk materiale nedgravd i sediment produserer oksygen. For hvis organisk materiale ikke blir begravd der, og mikroorganismer begynner å bryte det ned, så vil den fotosyntetiske generasjonen av oksygen ‘reverseres’, ettersom oksygenet og det organiske materialet igjen blir til CO2 og vann, sier Henrik Svensmark.

"Men hvis det organiske materialet er begravd i sedimenter, kan reaksjonen ikke reverseres. Derfor er nedgraving av organisk materiale i sedimenter også en indikasjon på produksjon av oksygen. Supernovaer har dermed hatt indirekte kontroll over oksygenproduksjonen, og oksygen er grunnlaget for alt komplekst liv, inkludert oss mennesker," sier han og avslutter:

"Resultater med så vidtrekkende konsekvenser vil sannsynligvis bli oppfattet som kontroversielle av noen, men empiriske data underbygger hele årsaksleddet fra supernovaer til klimaet til levering av næringsstoffer for å kontrollere bioproduktiviteten. Supernovahastigheten har en effekt på intensiteten til kosmiske stråler som når jorden, og vi har nå en teori som ser ut til å forklare hvordan kosmiske stråler kobles til klimaet."

Det må her understrekes at det ikke er vitenskapelig konsensus om kosmiske stråler forårsaker dannelse av aerosoler og dermed skyer, det er slik Henrik Svensmark knytter supernovahastigheten til klimaet. Men selve korrelasjonene vekker oppmerksomhet på den andre siden av jorda.

Geologiprofessor: "Utrolig sterk" korrelasjon med istider

Blant forskerne som har vært involvert i fagfellevurderingen av Henrik Svensmarks studie er Claudio Gaucher, professor ved Institutt for geologiske vitenskaper ved republikkens universitet i Uruguay. Ifølge ham er sammenhengene Henrik Svensmark har funnet «forbløffende sterke» og «sannsynligheten for ren tilfeldighet er uvanlig liten».

"Dette er et potensielt paradigmeskifte i doktrinen om klimaendringer gjennom historien, og det endrer vår forståelse av det. Spesielt forklarer hypotesen hans forekomsten av istider veldig godt, både når det gjelder årsakene til global avkjøling og tidspunktene for istidene," uttalte han.

Svensmarks resultater viser at jorda har vært fri for isbreing i perioder med svært lite kosmisk stråling, mens det motsatte også er tilfelle, sier han (dette finner du i grafen tidligere i artikkelen).

"De lengste isperiodene i jordens historie tilsvarer maksima for kosmisk stråling, men de mindre intense isperiodene samsvarer også med perioder med økt kosmisk stråling," sier han og legger til at Henrik Svensmarks resultater sannsynligvis vil føre til videre forskning på forholdet mellom kosmisk. stråler og klimaendringer.

"Det er viktig å bekrefte om jordens klima er påvirket av kosmiske stråler og på hvilke tidsskalaer. Er det bare på lang sikt eller er kortsiktige svingninger også forbundet med intensiteten av kosmisk stråling? En bekreftelse av Svensmarks ideer vil føre til intet mindre enn et paradigmeskifte som tilsvarer fremveksten av platetektonikk i geologi eller evolusjon i biologi."

Last ned studien i pdf-format

Nir J. Shaviv - Cosmic Rays and Climate

Artikkelen er oversatt fra ing.dk