Вымирание в результате столкновения с темной материей

Периодическое глобальное вымирание на Земле. В чем может быть причина?

В настоящее время наша Солнечная система совершает с момента рождения свой двадцатый оборот вокруг Млечного Пути и находится вблизи внутреннего края спирали, известной как Рукав Ориона или, менее поэтично, Местный рукав. Вращающиеся рукава дисковой галактики, такой как Млечный Путь не являются чем-то постоянным и неизменным. Это скопления газа и пыли, в которых образуются звезды, возникающие в результате возмущений внутри Млечного Пути. Иногда в результате толчка извне, такого как сверхновая звезда или прохождение планетарных систем, подобных нашей Солнечной системе через одно из пылевых газовых облаков, которые скапливаются в спиральных рукавах.

Опасные для жизни астероиды и кометы появляются чаще, когда планетарная система пересекает один из спиральных рукавов галактики, где газовые облака скапливаются в эквиваленте гидростатического прыжка.

Доказательства указывают на встречу со спиральным рукавом

При прохождении через такие плотные участки, тепло и свет Солнца могут быть приглушены промежуточным материалом, что приведет к ледниковому периоду. Несомненно, существуют и другие опасности, связанные с прохождением через то, что представляет собой галактическую “дорожную пробку”. Последний раз Солнечная система пролетала через спиральный рукав примерно 230 миллионов лет назад, или на своей 19-й орбите вокруг Млечного Пути.

Спиральная область, через которую тогда проходило Солнце со всеми своими планетами, не была рукавом Ориона, поскольку сами рукава с течением времени тоже перемещаются и изменяются. Но Солнце находилось примерно в той же части своей орбиты, что и сейчас. Это было в палеозойскую эру, которая началась 541 миллион лет назад с Кембрийского взрыва, необычайной диверсификации морских животных, появления жизни на суше, и эволюцией рептилий.

А закончилась около 252 миллионов лет назад вымиранием в конце пермского периода, одной из величайших катастроф, когда-либо поражавших жизнь на Земле – серией катастроф, уничтоживших 95% всей морской жизни на Земле. Именно тогда случился самый длинный ледниковый период в истории животного мира: 100-миллионолетний позднепалеозойский ледниковый период.

Гибель многих видов в палеозое открыла выжившим видам путь к эволюции и процветанию новых форм жизни, в частности динозавров. Подобное экстремальное событие вымирания требует не менее экстремального объяснения. И хотя на таком расстоянии во времени мы никогда ни в чем не можем быть уверены, но косвенные улики указывают на встречу нашего мира со спиральным рукавом Галактики.

вымирание, галактика, солнечная система

Это удача космического космического масштаба, что Солнечная система не сталкивается со спиральными рукавами чаще – но почему? Причина отчасти заключается в расстоянии, на котором мы находимся от центра Галактики, что помещает нас в большой промежуток между рукавами, а отчасти в том, что орбита Солнца вокруг Млечного Пути, что необычно, почти идеально круглая.

Солнце долгое время находится в этом промежутке между рукавами, потому что, хотя вся Солнечная система делает полный оборот вокруг Галактики раз в 250 миллионов лет или около того, изогнутому спиральному рукаву требуется в два раза больше времени, чтобы обогнуть Галактику. К тому времени, когда Солнце проходит одну орбиту, спиральный узор поворачивается лишь на половину, поэтому ему требуется соответственно больше времени. Что дает эволюции много времени для выполнения своей работы, прежде чем она будет прервана очередной катастрофой.

Естественно, даже на круговой орбите, планетарная система, находящаяся ближе к центру Млечного Пути, будет чаще сталкиваться со спиральными рукавами, поскольку рукава плотнее закручиваются по направлению к галактическому центру. Соответственно, планетные системы, находящиеся дальше от центра Галактики, чем мы, будут сталкиваться со спиральными рукавами реже, чем мы. Но есть веские причины думать, что таких планетных систем там может быть немного, если вообще есть. Всё дело в продолжительности жизни звезды.

Примерно через 12 миллиардов лет и менее чем через 60 оборотов вокруг Млечного Пути наше Солнце достигнет конца своего огненного существования. 

Сегодня мы знаем, что Солнце и его планеты каждые 230 миллионов лет или около того пересекает один из спиральных рукавов Галактики, представляющий собой ландшафт волнистых концентраций массы и сложных гравитационных полей.

Наша Солнечная система, как и миллиарды других, неизбежно сталкивается с участками межзвездного пространства, содержащими более плотные молекулярные газы и микроскопические пылевые зерна туманностей. Чтобы пройти через один из таких регионов, требуется от десятков тысяч до сотен тысяч лет. Это может происходить лишь раз в несколько сотен миллионов лет, но если бы современная человеческая цивилизация зародилась во время такого эпизода, то картина нашего неба состояла бы из нескольких ближайших звезд. Всё остальное было бы скрыто плотной материей межзвездных облаков. И уж точно мы не смогли бы наблюдать остальную часть нашей Галактики и космоса за ее пределами.

Поэтому, даже если бы в таких условиях и смогла бы зародиться человеческая цивилизация, то наши представления о Вселенной были бы совсем другие.

Диск Млечного Пути из темной материи?

Но было ли путешествие Земли по Млечному Пути причиной массового вымирания? Если бы Солнечная система, вращающаяся вокруг центра Галактики, двигалась через диск темной материи Млечного Пути, то гравитационное воздействие темной материи могло бы быть достаточным, чтобы выбить кометы и другие объекты из так называемого облака Оорта и направить их в сторону Земли. 

Подобные воздействия происходят примерно каждые 32-35 миллионов лет, что соответствует данным, собранным из ударных кратеров, которые свидетельствуют о том, что увеличение числа метеоритных ударов происходит в течение аналогичных периодов.

вымирание, галактика, солнечная система

Эти объекты лишь слабо связаны гравитацией. При достаточном толчке возможно смещение объектов с их текущей орбиты. В то время как одни уйдут за пределы Солнечной системы, другие могут попасть во её внутреннюю часть, что увеличивает вероятность их столкновения с Землей.

Хотя считается, что темная материя так не взаимодействует, но ученые предположили, что гипотетический тип темной материи всё же может образовывать диск материала, проходящий через центр Млечного Пути.

Ученые заявили, что у них есть несколько по-настоящему новых идей. Пока что она не знают, окажутся ли они верными, но интересно то, что это открывает дверь для целого класса гипотез, которые не были проверены ранее, и потенциально могут иметь множество интересных последствий.

Наша Солнечная система вращается вокруг галактического центра, пересекая плоскость Млечного Пути примерно каждые 32 миллиона лет, что совпадает с периодичностью вариаций столкновений.

Колебательное движение, которое простирается примерно на 250 световых лет выше и ниже плоскости, определяется концентрацией газа и звезд в диске нашей Галактики. Эта обычная “барионная” материя сосредоточена в пределах около 1000 световых лет от плоскости. Поскольку плотность уменьшается в вертикальном направлении, возникает гравитационный градиент, или прилив, который может возмущать орбиты комет в облаке Оорта, заставляя некоторые кометы залетать во внутреннюю Солнечную систему и периодически повышать вероятность катастрофического столкновения с Землей. Однако проблема данной идеи заключается в том, что предполагаемый галактический прилив слишком слаб, чтобы вызвать сильные волны в облаке Оорта.

Вторая гипотеза: Галактический прилив, усиленный диском из темной материи

В своем исследовании астрофизики Рэндалл и Рис сосредоточились на второй гипотезе и предположили, что галактический прилив может быть усилен тонким диском из темной материи. Темные диски являются возможным результатом физики темной материи, как недавно показали авторы и их коллеги. Здесь исследователи рассматривают конкретную модель, в которой в нашей Галактике находится темный диск толщиной 30 световых лет и поверхностной плотностью около 1 солнечной массы на квадратный световой год (поверхностная плотность обычной барионной материи примерно в 5 раз больше, но она менее концентрирована вблизи плоскости).

Итак, мог ли тонкий диск темной материи вызвать вымирание, подобное тому, которое уничтожило динозавров? Скажем прямо, доказательства все еще далеки от убедительных. Во-первых, периодичность в скорости образования кратеров на Земле четко не установлена, поскольку из-за разрозненности записей о кратерах трудно проследить четкую закономерность. Также неясно, какую роль сами кометы могли сыграть в массовых вымираниях.

Преобладает мнение, что кратер Чиксулуб, который связывают с вымиранием динозавров 66 миллионов лет назад, был образован гигантским астероидом, а не кометой. Рэндалл и Рис были осторожны, признавая в самом начале, что “статистические доказательства не являются давлеющими”, и перечисляя различные ограничения при использовании разрозненных данных о кратерах. Но геологические данные, к сожалению, вряд ли улучшатся в ближайшем будущем.

вымирание, галактика, солнечная система

Беспрецедентная детальность миссии Gaia

С другой стороны, прогресс в получении астрономических данных ожидается благодаря космической миссии Gaia Европейского космического агентства, которая была запущена в прошлом году и в настоящее время изучает Млечный Путь в беспрецедентных деталях. Gaia будет наблюдать за миллионами звезд и измерять их точные расстояния и скорости. Эти измерения должны позволить астрономам составить карту поверхностной плотности галактического диска в зависимости от высоты. Вблизи плоскости астрономы смогут непосредственно увидеть, существует ли “диск внутри диска”, который имеет гораздо большую массу, чем мы можем объяснить с помощью обычной барионной материи. Доказательства существования такого темного диска позволили бы лучше предсказать моделирование воздействия на кометы и на жизнь нашей Земли.

В течение следующих нескольких лет спутник Gaia проведет точное исследование положения и скорости миллиарда звезд, что позволит ученым получить гораздо больше информации о форме галактики и о возможном наличии диска темной материи.

Всё это, конечно, больше относится к творческой вычислительной космологии. Теория существования диска темной материи Млечного Пути весьма спекулятивна, но интригующа.  Однако последние работы с использованием каталога Gata DR1 Европейского космического агентства – самого точного астрометрического каталога из когда-либо созданных – опровергают наличие тонкого диска темной материи. Миссия Gaia позволяет нам тщательно изучить движения миллионов звезд. Если бы тонкий диск темной материи присутствовал в сколько-нибудь значительном количестве, звезды, исследованные Gaia, выявили бы его влияние.  

Но последние результаты, полученные от космического аппарата Gaia показывают, что в Млечном Пути нет сколь-нибудь значительного диска темной материи. Это делает маловероятным, что наша Солнечная система столкнется с сильной концентрацией темной материи во время своего 20-го оборота вокруг центра галактики Млечный Путь. Но наша Вселенная всегда полна сюрпризов.

Читайте также: Гипотеза Шивы – массовое вымирание и ритмы катаклизмов