Η Γη χτυπήθηκε από μια ιστορική έκρηξη ακτίνων γάμμα από μια έκρηξη αστεριών

Μια τεράστια έκρηξη ακτίνων γάμμα ανακαλύφθηκε από Το ολοκληρωμένο διαστημικό τηλεσκόπιο της ESA, χτύπα το έδαφος. Η έκρηξη προκάλεσε μεγάλη αναστάτωση στην ιονόσφαιρα του πλανήτη μας. Τέτοιες διαταραχές συνδέονται συνήθως με ενεργητικά γεγονότα σωματιδίων στον Ήλιο, αλλά αυτό το γεγονός ήταν το αποτέλεσμα της έκρηξης ενός αστεριού που απέχει περίπου δύο δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η ανάλυση των επιπτώσεων της έκρηξης θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες για μαζικές εξαφανίσεις στην ιστορία της Γης.

Ανίχνευση των φωτεινότερων εκρήξεων ακτίνων γάμμα

Στις 14:21 GMT/15:21 CEST στις 9 Οκτωβρίου 2022, μια εξαιρετικά φωτεινή και μακράς διάρκειας έκρηξη ακτίνων γάμμα (GRB) εντοπίστηκε από αρκετούς δορυφόρους υψηλής ενέργειας σε τροχιά κοντά στη Γη, συμπεριλαμβανομένου του δορυφόρου Integral της ESA της Σελήνης. μια εργασία.

Η καλλιτεχνική εντύπωση απεικονίζει την πρόσκρουση μιας ισχυρής έκρηξης ακτίνων γάμμα που διατάραξε πολύ την ιονόσφαιρα του πλανήτη μας. Αυτό είναι το αποτέλεσμα μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα (GRB) που προκύπτει από την έκρηξη σουπερνόβα ενός άστρου, σε έναν γαλαξία που απέχει περίπου δύο δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Πηγή: ESA/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO

Το Διεθνές Αστροφυσικό Εργαστήριο ακτίνων γάμμα (INTEGRAL) εκτοξεύτηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος το 2002 και έχει ανιχνεύσει εκρήξεις ακτίνων γάμμα σχεδόν κάθε μέρα από τότε. Ωστόσο, το GRB 221009A, όπως ονομάστηκε η έκρηξη, κάθε άλλο παρά συνηθισμένο ήταν. «Αυτή ήταν ίσως η πιο φωτεινή έκρηξη ακτίνων γάμμα που έχουμε εντοπίσει ποτέ», λέει ο Mirco Piersanti, από το Πανεπιστήμιο της L’Aquila στην Ιταλία, και επικεφαλής συγγραφέας της ομάδας που δημοσίευσε αυτά τα αποτελέσματα.

Κατανόηση των εκρήξεων ακτίνων γάμμα

Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα ήταν κάποτε μυστηριώδη γεγονότα, αλλά τώρα είναι γνωστό ότι είναι μια εκροή ενέργειας από αστέρια που εκρήγνυνται που ονομάζονται σουπερνόβα, ή από τη σύγκρουση δύο εξαιρετικά πυκνών αστέρων νετρονίων.

«Μετράμε τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα από τη δεκαετία του 1960 και αυτή είναι η πιο ισχυρή που έχει μετρηθεί ποτέ», λέει ο συν-συγγραφέας Pietro Ubertini, του Εθνικού Ινστιτούτου Αστροφυσικής στη Ρώμη, Ιταλία, και κύριος ερευνητής του οργάνου IBIS της Intergral. Τόσο ισχυρός στην πραγματικότητα που ο πλησιέστερος ανταγωνιστής του είναι δέκα φορές πιο αδύναμος. Στατιστικά, ισχυρά GRB όπως το GRB 221009A φτάνουν στη Γη μόνο μία φορά κάθε 10.000 χρόνια.

Επιπτώσεις στην ιονόσφαιρα της Γης

Κατά τη διάρκεια των 800 δευτερολέπτων που έπληξαν οι ακτίνες γάμμα, η έκρηξη παρείχε αρκετή ενέργεια για να ενεργοποιήσει τους ανιχνευτές κεραυνών στην Ινδία. Συσκευές στη Γερμανία έλαβαν σήματα που έδειχναν ότι η ιονόσφαιρα της Γης διαταράχθηκε για αρκετές ώρες λόγω της έκρηξης. Αυτή η τεράστια ποσότητα ενέργειας έδωσε στην ομάδα την ιδέα να αναζητήσει τα αποτελέσματα της έκρηξης στην ιονόσφαιρα της Γης.

Η ιονόσφαιρα είναι το στρώμα της ανώτερης ατμόσφαιρας της Γης που περιέχει ηλεκτρικά φορτισμένα αέρια που ονομάζονται… πλάσμα αίματος. Το ύψος του εκτείνεται από περίπου 50 km έως 950 km. Οι ερευνητές το αναφέρουν ως την άνω πλευρά της ιονόσφαιρας πάνω από 350 km, και την κάτω πλευρά της ιονόσφαιρας κάτω από αυτό. Η ιονόσφαιρα είναι τόσο εύθραυστη που τα διαστημόπλοια μπορούν να περιφέρουν το μεγαλύτερο μέρος της ιονόσφαιρας.

Πρώτη παρατήρηση ιονοσφαιρικής διαταραχής στην επάνω πλευρά

Ένα τέτοιο διαστημόπλοιο είναι ο China Electromagnetic Seismic Satellite (CSES), γνωστός και ως Zhangheng, μια σινοϊταλική διαστημική αποστολή. Κυκλοφόρησε το 2018 και παρακολουθεί την άνω πλευρά της ιονόσφαιρας για αλλαγές στην ηλεκτρομαγνητική συμπεριφορά του. Η κύρια αποστολή του είναι να μελετήσει πιθανούς δεσμούς μεταξύ των αλλαγών στην ιονόσφαιρα και της εμφάνισης σεισμικών γεγονότων όπως οι σεισμοί, αλλά μπορεί επίσης να μελετήσει την επίδραση της ηλιακής δραστηριότητας στην ιονόσφαιρα.

Τόσο ο Mirko όσο και ο Petro είναι μέλη της επιστημονικής ομάδας CSES και συνειδητοποίησαν ότι εάν οι εκρήξεις GRB προκαλούσαν αναστάτωση, το CSES θα έπρεπε να το δει. Αλλά δεν μπορούσαν να είναι σίγουροι. «Ψάξαμε για αυτό το φαινόμενο από άλλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα στο παρελθόν, αλλά δεν είδαμε τίποτα», λέει ο Pietro.

Αυτή η εικόνα δείχνει τα συστατικά των μακρών εκρήξεων ακτίνων γάμμα, του πιο συνηθισμένου τύπου. Ο πυρήνας ενός ογκώδους άστρου (αριστερά) κατέρρευσε για να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα, στέλνοντας ένα ρεύμα σωματιδίων που κινούνται μέσα από το αστέρι που έχει καταρρεύσει και βγαίνουν στο διάστημα με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Η ακτινοβολία σε όλο το φάσμα προέρχεται από θερμό ιονισμένο αέριο (πλάσμα) κοντά στη νεογέννητη μαύρη τρύπα, από συγκρούσεις μεταξύ κελυφών ταχέως κινούμενων αερίων μέσα στον πίδακα (εσωτερικά κρουστικά κύματα) και από το πρόσθιο άκρο του πίδακα καθώς σαρώνει προς τα πάνω και αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του (εξωτερικά κρουστικά κύματα). Πηγή: NASA Goddard Space Flight Center

Στο παρελθόν, οι GRBs έχουν παρατηρηθεί να προσκρούουν στην κάτω πλευρά της ιονόσφαιρας κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν αφαιρείται η ηλιακή επίδραση, αλλά ποτέ στην επάνω πλευρά. Αυτό οδήγησε στην πεποίθηση ότι μέχρι τη στιγμή που η έκρηξη έφτασε στη Γη, η έκρηξη από τα GRBs δεν ήταν πλέον αρκετά ισχυρή ώστε να προκαλέσει μια αλλαγή στην αγωγιμότητα της ιονόσφαιρας με αποτέλεσμα μια διαφορά στο ηλεκτρικό πεδίο.

Αλλά αυτή τη φορά, όταν οι επιστήμονες κοίταξαν, η τύχη τους ήταν διαφορετική. Το αποτέλεσμα ήταν σαφές και ισχυρό. Για πρώτη φορά, είδαν μια έντονη διαταραχή με τη μορφή μιας ισχυρής μεταβολής στο ηλεκτρικό πεδίο στην κορυφή της ιονόσφαιρας. “Είναι καταπληκτικό. Μπορούμε να δούμε πράγματα που συμβαίνουν στο βαθύ διάστημα, αλλά επηρεάζουν επίσης τη Γη”, λέει ο Eric Kolkers, επιστήμονας του προγράμματος ESA.

Η επίδραση μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα είναι μεγάλης εμβέλειας

Συγκεκριμένα, αυτές οι εκρήξεις συνέβησαν σε έναν γαλαξία περίπου 2 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά – πριν από δύο δισεκατομμύρια χρόνια – ωστόσο είχαν αρκετή ενέργεια για να χτυπήσουν τη Γη. Ενώ ο Ήλιος είναι συνήθως η κύρια πηγή ακτινοβολίας αρκετά ισχυρή ώστε να επηρεάσει την ιονόσφαιρα της Γης, τα GRB πυροδότησαν όργανα γενικά αφιερωμένα στη μελέτη μαζικών εκρήξεων στην ατμόσφαιρα του Ήλιου γνωστές ως ηλιακές εκλάμψεις. «Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτή η διαταραχή επηρέασε τα κατώτερα στρώματα της ιονόσφαιρας της Γης, η οποία βρίσκεται μόλις δεκάδες χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη μας, αφήνοντας μια υπογραφή παρόμοια με αυτή μιας μεγάλης ηλιακής έκλαμψης», λέει η Laura Hayes, ερευνήτρια. και ηλιακός φυσικός στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος».

Επιπτώσεις στο έδαφος

Αυτή η υπογραφή ήρθε με τη μορφή αύξησης του ιονισμού στην κάτω πλευρά της ιονόσφαιρας. Εντοπίστηκε σε πολύ χαμηλής συχνότητας ραδιοφωνικά σήματα που αναπηδούν μεταξύ της Γης και της κατώτερης ιονόσφαιρας της Γης. «Βασικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι η ιονόσφαιρα «μετακίνησε» σε χαμηλότερα υψόμετρα, και αυτό το ανακαλύψαμε στο πώς τα ραδιοκύματα αναπηδούσαν κατά μήκος της ιονόσφαιρας», εξηγεί η Laura, η οποία Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν Το 2022.

Ενισχύει την ιδέα ότι ένας σουπερνόβα στον γαλαξία μας θα μπορούσε να έχει πιο σοβαρές συνέπειες. «Υπήρξε πολλή διαμάχη σχετικά με τις πιθανές συνέπειες μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα στον γαλαξία μας», λέει ο Mirko.

Στη χειρότερη περίπτωση, η έκρηξη δεν θα επηρέαζε μόνο την ιονόσφαιρα, αλλά θα μπορούσε επίσης να βλάψει το στρώμα του όζοντος, επιτρέποντας στις επικίνδυνες υπεριώδεις ακτίνες από τον ήλιο να φτάσουν στην επιφάνεια της Γης. Έχει εικαστεί ότι μια τέτοια επίδραση είναι η πιθανή αιτία ορισμένων γνωστών γεγονότων μαζικής εξαφάνισης που έχουν συμβεί στη Γη στο παρελθόν. Αλλά για να διερευνήσουμε αυτήν την ιδέα, θα χρειαστούμε περισσότερα δεδομένα.

Τώρα που ξέρουν ακριβώς τι να αναζητήσουν, η ομάδα έχει ήδη αρχίσει να εξετάζει ξανά τα δεδομένα που συλλέγονται από το CSES και να τα συσχετίζει με άλλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα που έχει δει το Integral. Και παρόλο που μπορούν να επιστρέψουν μόνο στο 2018, όταν ξεκίνησε το CSES, έχει ήδη προγραμματιστεί μια αποστολή παρακολούθησης, διασφαλίζοντας ότι αυτό το συναρπαστικό νέο παράθυρο στον τρόπο με τον οποίο η Γη αλληλεπιδρά ακόμη και με το πολύ μακρινό σύμπαν θα παραμείνει ανοιχτό.

Αναφορά: «Στοιχεία για διαταραχή του ανώτερου ιοντικού ηλεκτρικού πεδίου που σχετίζεται με έκρηξη ακτίνων γάμμα» από τους Mirko Bersanti, Pietro Ubertini, Roberto Battiston, Angela Bazzano, Giulia D’Angelo, James J. Ruddy, Piero Diego, Zima Zerin, Roberto Amendola, Davide Padoni, Simona Bartucci, Stefania Pioli, Igor Bertillo, William J. Berger, Donatella Campana, Antonio Ciccone, Piero Cipollone, Silvia Colli, Livio Conti, Andrea Contin, Marco Cristoforetti, Fabrizio De Angelis, Cinzia Di Donato, Christian De Santis, Andrea De Luca, Emiliano Fiorenza, Francesco Maria Follega, Giuseppe Yoba, Alessandro Lega, Marco Lolli, Bruno Martino, Matteo Martucci, Giuseppe Massiantonio, Matteo Mergi, Marco Messi, Alfredo Morbidini, Coralie Neubuser, Francesco Nozzoli, Fabrizio Nocelli, Alberto Oliva, Giuseppe Austria, Francesco Palatrice, Emanuele Babini, Alexandra Parmentier, Stefania Percibali, Francesco Perfetto, Alessio Perinelli, Piergio Picozza, Michele Pozzato, Gianmaria Ribustini, Dario Ricciotti, Esther Ricci, Marco Ricci, Sergio P. Ricciarini, Andrea Rossi, Zuleika Sahnoun, Umberto Savino, Valentina Scotti, Zhuhui Chen, Alessandro Sotgio, Roberta Sparvoli, Silvia Tovani, Nello Vertoli, Veronica Villona, ​​Vincenzo Vitale, Ugo Zanoni, Simona Zuccone, 2 Νοεμβρίου 01 Zuffoli και Paolo , Επικοινωνίες για τη φύση.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5