A Földet egy csillagrobbanásból származó történelmi gamma-kitörés érte

Az ESA integrált űrteleszkópja példátlan gamma-kitörést észlelt egy távoli felrobbanó csillagból, ami jelentős zavarokat okoz a Föld ionoszférájában. Ez az esemény, a valaha feljegyzett legfényesebb és legerősebb ilyen jellegű esemény, arra késztette a kutatókat, hogy feltárják lehetséges kapcsolatát a történelmi tömeges kihalásokkal a Földön.

Hatalmas gammasugár-kitörést fedeztek fel Az ESA integrált űrteleszkópja, elesett. A robbanás jelentős zavart okozott bolygónk ionoszférájában. Az ilyen zavarok általában a Nap energetikai részecskéihez kapcsolódnak, de ez az esemény egy nagyjából kétmilliárd fényévnyire lévő csillag felrobbanásának eredménye. A robbanás hatásainak elemzése információkat szolgáltathat a Föld történetének tömeges kihalásairól.

A legfényesebb gammasugár-kitörések észlelése

2022. október 9-én 14:21 GMT/15:21 CEST-kor rendkívül fényes és hosszan tartó gamma-kitörést (GRB) észlelt több nagy energiájú műhold a Föld-közeli pályán, köztük a Hold ESA Integral műholdja. egy feladat.

A művészi benyomás egy erőteljes gamma-kitörés hatását ábrázolja, amely nagymértékben megzavarta bolygónk ionoszféráját. Ez a gammasugár-kitörés (GRB) eredménye, amely egy csillag szupernóva-robbanásának eredménye egy körülbelül kétmilliárd fényévnyire lévő galaxisban. Forrás: ESA/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO

A Nemzetközi Gammasugár Asztrofizikai Laboratóriumot (INTEGRAL) az Európai Űrügynökség 2002-ben indította útjára, és azóta szinte minden nap észlel gammasugár-kitörést. Azonban a GRB 221009A, ahogy a robbanást nevezték, minden volt, csak nem hétköznapi. „Valószínűleg ez volt a valaha észlelt legfényesebb gamma-kitörés” – mondja Mirco Piersanti, az olaszországi L’Aquila Egyetem munkatársa, az eredményeket publikáló csapat vezető szerzője.

A gammasugár-kitörések megértése

A gamma-kitörések egykor rejtélyes események voltak, de ma már ismert, hogy a szupernóváknak nevezett felrobbanó csillagok, vagy két ultrasűrű neutroncsillag ütközésének energiája.

„Az 1960-as évek óta mérjük a gamma-kitöréseket, és ez a valaha mért legerősebb” – mondja Pietro Ubertini, a római Nemzeti Asztrofizikai Intézet munkatársa, az Intergral IBIS műszerének vezető kutatója. Valójában olyan erős, hogy a legközelebbi versenytársa tízszer gyengébb. Statisztikailag az olyan erős GRB-k, mint a GRB 221009A, 10 000 évente csak egyszer érik el a Földet.

Hatás a Föld ionoszférájára

A gamma-sugárzás 800 másodperce alatt a robbanás elegendő energiát biztosított a villámdetektorok működésbe hozásához Indiában. A németországi eszközök olyan jeleket vettek fel, amelyek arra utaltak, hogy a Föld ionoszféráját több órán keresztül megzavarták a robbanás miatt. Ez a hatalmas energiamennyiség adta a csapatnak az ötletet, hogy a robbanás hatásait keressék a Föld ionoszférájára.

Az ionoszféra a Föld felső légkörének az a rétege, amely elektromos töltésű gázokat tartalmaz, az úgynevezett… vérplazma. Magassága körülbelül 50 km-től 950 km-ig terjed. A kutatók úgy emlegetik, mint az ionoszféra 350 km feletti felső oldala, az alatta pedig az ionoszféra alsó oldala. Az ionoszféra annyira sérülékeny, hogy az űrhajók az ionoszféra nagy részét meg tudják keringeni.

Az ionoszféra zavarának első megfigyelése a felső oldalon

Az egyik ilyen űrhajó a kínai elektromágneses szeizmikus műhold (CSES), más néven Zhangheng, egy kínai-olasz űrmisszió. 2018-ban indították útjára, és figyeli az ionoszféra felső oldalát az elektromágneses viselkedésében bekövetkezett változások miatt. Elsődleges küldetése az ionoszféra változásai és a szeizmikus események, például a földrengések előfordulása közötti lehetséges összefüggések vizsgálata, de tanulmányozhatja a naptevékenység ionoszférára gyakorolt ​​hatását is.

Mirko és Petro is a CSES tudományos csapatának tagja, és rájöttek, hogy ha a GRB robbanások zavart okoznak, a CSES-nek látnia kell. De nem lehettek biztosak benne. „A múltban más gamma-kitöréseknél kerestük ezt a hatást, de nem láttunk semmit” – mondja Pietro.

Ez az ábra a hosszú gammasugár-kitörések összetevőit mutatja be, amelyek a leggyakoribb típus. Egy hatalmas csillag magja (balra) összeomlott és fekete lyukat képezett, és részecskeáramot küldve az összeomlott csillagon keresztül az űrbe közel fénysebességgel. A spektrumon átnyúló sugárzás forró ionizált gázból (plazmából) az újszülött fekete lyuk közelében, a sugáron belüli gyorsan mozgó gázhéjak ütközéséből (belső lökéshullámok), valamint a sugár elülső széléből ered, amikor az felfelé söpör és kölcsönhatásba lép. környezetével (külső lökéshullámok). Forrás: NASA Goddard Space Flight Center

A múltban megfigyelték, hogy a GRB-k az ionoszféra alsó oldalát érintik éjszaka, amikor a napsugárzás megszűnik, de soha nem a felső oldalára. Ez ahhoz a hiedelemhez vezetett, hogy mire a robbanás elérte a Földet, a GRB-k robbanása már nem volt elég erős ahhoz, hogy megváltozzon az ionoszféra vezetőképességében, ami az elektromos térben különbséget eredményezett.

De ezúttal, amikor a tudósok megnézték, más volt a szerencséjük. A hatás egyértelmű és erős volt. Először láttak intenzív zavart az ionoszféra felső oldalán lévő elektromos mező erős változása formájában. „Elképesztő. Láthatunk dolgokat, amelyek a mélyűrben történnek, de ezek a Földre is hatással vannak” – mondja Eric Kolkers, az ESA projekt tudósa.

A gammasugár-kitörés hatása nagy hatótávolságú

Pontosabban, ezek a robbanások egy körülbelül 2 milliárd fényévnyire lévő galaxisban történtek – kétmilliárd évvel ezelőtt –, de még mindig volt elegendő energiájuk a Föld becsapódásához. Míg általában a Nap a sugárzás elsődleges forrása, amely elég erős ahhoz, hogy befolyásolja a Föld ionoszféráját, a GRB-k olyan műszereket indítottak el, amelyek általában a Nap légkörében bekövetkező, napkitörésként ismert hatalmas robbanások tanulmányozására szolgálnak. „Figyelemre méltó, hogy ez a zavar a Föld ionoszférájának alsóbb rétegeit érintette, amely csak több tíz kilométerre található a bolygónk felszíne felett, és egy nagy napkitöréshez hasonló jelet hagyott maga után” – mondja Laura Hayes, a kutató munkatársa. és napfizikus az Európai Űrügynökségnél.

Következmények a földön

Ez az aláírás az ionoszféra alsó oldalán megnövekedett ionizáció formájában jelentkezett. A Föld és a Föld alsó ionoszférája között visszaverődő nagyon alacsony frekvenciájú rádiójelekben észlelték. „Alapvetően azt mondhatnánk, hogy az ionoszféra alacsonyabb magasságokba „költözött”, és ezt abban fedeztük fel, ahogy a rádióhullámok visszaverték az ionoszférát” – magyarázza Laura, aki Ezeket az eredményeket publikálták 2022-ben.

Megerősíti azt az elképzelést, hogy egy szupernóva a galaxisunkban súlyosabb következményekkel járhat. „Sok vita volt a galaxisunkban bekövetkező gamma-kitörés lehetséges következményeiről” – mondja Mirko.

A legrosszabb esetben a robbanás nemcsak az ionoszférát érintené, hanem az ózonréteget is károsítaná, így a napból érkező veszélyes ultraibolya sugarak eljuthatnak a Föld felszínére. Feltételezik, hogy ez a hatás valószínű oka néhány ismert tömeges kihalási eseménynek, amelyek a múltban a Földön történtek. De az ötlet vizsgálatához több adatra lesz szükségünk.

Most, hogy pontosan tudják, mit kell keresniük, a csapat már elkezdte újra megvizsgálni a CSES által gyűjtött adatokat, és összevetni azokat más gamma-kitörésekkel, amelyeket az Integral látott. És bár csak 2018-ig mehetnek vissza, amikor a CSES elindult, már megterveztek egy nyomon követési küldetést, amely biztosítja, hogy ez a lenyűgöző új ablak a Föld és a nagyon távoli univerzum kölcsönhatásaiban továbbra is nyitva maradjon.

Hivatkozás: Mirko Bersanti, Pietro Ubertini, Roberto Battiston, Angela Bazzano, Giulia D’Angelo, James J. Ruddy, Piero Diego, Zima Zerin, Roberto „Bizonyítékok a felső ionos elektromos tér perturbációjára gamma-kitöréssel kapcsolatban” 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 Gebbia, Roberto 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 Pa Palma, Federico, Palmonni, Federico, Palma 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 Zuffoli és Paolo Zuccone, 20 november 214. , Nature Communications.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5