「伽马射线暴」是一种什么样的存在,对宇宙的影响是什么?

「伽马射线暴」是一种什么样的存在,对宇宙的影响是什么?

γ射线暴(GRB)就是短时间内高强度的γ射线爆发,可能剥离臭氧层,使地表暴露在太阳紫外辐射和宇宙线下,威胁地球上的生命。产生γ射线暴的机制通常是大质量恒星的死亡、致密双星的并合以及磁中子星的巨耀发(SGR)。最近的一项研究[1]考察了γ射线暴对宇宙中生命的影响,提供了解答Fermi悖论的一条进路。

基于对过去观测结果的统计,研究者首先计算了不同时间尺度下、不同类型的γ射线暴发射到地球上达到特定通量的概率(%)。其中考虑了三种类型:长暴(LGRB)、短暴(sGRB)以及低光度暴(llGRB), 的通量被认为会对生命造成足够的威胁,而 的通量被认为会导致灾难性的生物灭绝事件,括号内的数值是更加激进的估计:

从中可以看到,在过去5亿年中,造成地球生物灭绝的γ射线暴产生概率只有4%(最多25%),因此我们不必担心γ射线暴导致人类灭绝。尽管此前有人认为γ射线暴导致了奥陶纪晚期的大灭绝事件[2],但证据并不充分。不过人类出现之后确实有过一些γ射线暴袭击地球的事件:日本香柏木的年轮上保存了公元774-775年 含量显著升高的痕迹,对此的仔细研究[3]表明很可能是由于一次短暴;2004年12月,距离地球约5万光年的磁星SGR 1806-20产生的γ射线暴短暂地扰动了地球电离层[4];这两次事件并未对我们造成巨大影响。

接下来研究者考察了γ射线暴对银河系中其他行星上可能存在的生命的影响。下图是过去10亿年中 通量的γ射线暴产生的概率,横轴是行星距离银河系中心的距离:

假设其他的生命形式对辐射的抵抗能力和我们差不多,那么距银心超过1万秒差距的行星才能基本免受γ射线暴的威胁。

考察不同特征星系的情况后,研究者认为地球上能出现智慧生命的原因之一就是:我们所处的银河系金属丰度高,附近的星系密度又低,以至于周围高恒星生成率的矮星系与它的距离足够远而不会造成威胁,而且银河系直径足够大,加上地球处于较外围,不容易受到高能γ射线暴的袭击。

我们知道宇宙目前是加速膨胀的,因此宇宙早期更容易发生高能γ射线暴,红移 时的长暴几乎总会使生命无法生存,所以智慧生命的出现在宇宙历史上是相当晚近才可能发生的事件。此外,像目前一样非常小的宇宙学常数也对此至关重要,这似乎支持了人择原理。