Historien om jordens bombardement med kosmisk stråling er skrevet i trærne.
Nærmere bestemt, når stråling smeller inn i jordens atmosfære, kan den endre eventuelle nitrogenatomer den smeller inn for å produsere en form for karbon, som igjen absorberes av planter. Å koble sammen pigger i denne karbonisotopen med vekstringene i trær kan gi oss en pålitelig oversikt over strålingsstormer som går tusenvis av år tilbake.
Denne posten viser oss at den mest kolossale av disse hendelsene, kjent som Miyake-hendelser (etter vitenskapsmann som oppdaget dem), forekommer rundt en gang hvert tusende år. Vi vet imidlertid ikke hva som forårsaker dem – og ny forskning tyder på at vår ledende teori, som involverer gigantiske solflammer, kan være ute av bordet.
Uten en enkel måte å forutsi disse potensielt ødeleggende hendelsene, sitter vi igjen med et alvorlig problem.
“Vi trenger å vite mer, for hvis en av disse skjedde i dag, ville det ødelegge teknologi inkludert satellitter, internettkabler, langdistanseledninger og transformatorer,” sier astrofysiker Benjamin Pope ved University of Queensland i Australia.
“Effekten på global infrastruktur ville være ufattelig.”
Historien om jordens møter med stormer av kosmisk stråling er der for å tyde hvis du vet hvordan du skal se ut. Hovedsporet er en radioaktiv isotop av karbon kalt karbon-14, ofte referert til som radiokarbon. Sammenlignet med andre naturlig forekommende isotoper av karbon på jorden, er radiokarbon relativt lite. Det dannes bare i den øvre atmosfæren, når kosmiske stråler kolliderer med nitrogenatomer, og utløser en kjernefysisk reaksjon som skaper radiokarbon.
Fordi kosmiske stråler stadig kolliderer med atmosfæren vår, har vi en konstant, men veldig liten tilførsel av ting som regner ned på overflaten. Noe av det blir fanget opp i treringer. Siden trær legger til en ny vekstring hvert år, kan radiokarbonavsetningen spores tilbake gjennom tiden, noe som gir en oversikt over strålingsaktivitet over titusenvis av årtusener.
En stor topp i radiokarbon funnet i trær rundt om i verden betyr en økning i kosmisk stråling. Det er flere mekanismer som kan forårsake dette, og solutbrudd er en stor en. Men det er noen andre mulige kilder til strålingsstormer som ikke er definitivt utelukket. Det er heller ikke endelig tatt stilling til solflammer.
Fordi tolking av treringdata krever en omfattende forståelse av den globale karbonsyklusen, satte et team av forskere ledet av matematikeren Qingyuan Zhang ved University of Queensland i gang med å rekonstruere den globale karbonsyklusen, basert på hvert utklipp av treringradiokarbondata de kunne få sine hendene på.
“Når stråling treffer atmosfæren produserer den radioaktivt karbon-14, som filtrerer gjennom luften, hav, planter og dyr, og produserer en årlig rekord av stråling i treringer.” Zhang forklarer.
“Vi modellerte den globale karbonsyklusen for å rekonstruere prosessen over en 10 000-års periode, for å få innsikt i omfanget og naturen til Miyake-hendelsene.”
Resultatene av denne modelleringen ga teamet et ekstremt detaljert bilde av en rekke strålingshendelser – nok til å konkludere med at timingen og profilen er inkonsistent med solutbrudd. Piggene i radiokarbon korrelerer ikke med solflekkaktivitet, som i seg selv er knyttet til fakkelaktivitet. Noen topper vedvarte over flere år.
Og det var inkonsekvens i radiokarbonprofilene mellom regioner for samme hendelse. For en stor begivenhet, registrert i 774 e.Kr., viste noen trær i enkelte deler av verden skarpe, plutselige økninger i radiokarbon i ett år, mens andre viste en langsommere topp over to til tre år.
“I stedet for en enkelt øyeblikkelig eksplosjon eller bluss, er det vi kan se på en slags astrofysisk ‘storm’ eller utbrudd,” sier Zhang.
Forskerne vet foreløpig ikke hva som kan være årsaken til disse utbruddene, men det er en rekke kandidater. En av disse er supernova-hendelser, hvor strålingen kan eksplodere over verdensrommet. En supernova har muligens funnet sted i 774 e.Krog forskere har laget koblinger mellom radiokarbontopper og andre mulige supernova-hendelsermen vi har kjent supernovaer uten radiokarbontopper, og pigger uten koblede supernovaer.
Andre potensielle årsaker inkluderer solsuperbluss, men en fakkel kraftig nok til å produsere 774 CE radiokarbonspissen er usannsynlig å ha brutt ut fra solen vår. Kanskje det er noe tidligere uregistrert solaktivitet. Men faktum er at det ikke er noen enkel forklaring som pent forklarer hva som forårsaker Miyake-hendelser.
Og dette er ifølge forskerne en bekymring. Den menneskelige verden har endret seg dramatisk siden 774 e.Kr.; en Miyake-begivenhet nå kan forårsake det forskerne kaller en “internettapokalypse” ettersom infrastrukturen blir skadet, skade helsen til flyreisende og til og med utarmer ozon lag.
“Basert på tilgjengelige data, er det omtrent en prosent sjanse for å se en annen innen det neste tiåret,” sier paven.
“Men vi vet ikke hvordan vi skal forutsi det eller hvilke skader det kan forårsake. Disse oddsene er ganske alarmerende, og legger grunnlaget for videre forskning.”
Forskningen er publisert i Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.