Земята беше ударена от исторически изблик на гама лъчи от експлозия на звезда

Масивно избухване на гама лъчи беше открито от Интегриран космически телескоп на ESA, удари земята. Експлозията предизвика голямо смущение в йоносферата на нашата планета. Такива смущения обикновено се свързват със събития на енергийни частици на Слънцето, но това събитие е резултат от експлозията на звезда, отдалечена приблизително на два милиарда светлинни години. Анализирането на ефектите от експлозията може да предостави информация за масовите измирания в историята на Земята.

Откриване на най-ярките изблици на гама лъчи

В 14:21 GMT/15:21 CEST на 9 октомври 2022 г. изключително ярък и дълготраен гама-лъчев изблик (GRB) беше открит от няколко високоенергийни спътника в близка до Земята орбита, включително спътника Integral на ESA на Луната. задача.

Художествената импресия изобразява въздействието на мощен гама-изблик, който силно разстройва йоносферата на нашата планета. Това е резултат от изблик на гама лъчи (GRB), резултат от експлозията на супернова на звезда в галактика на около два милиарда светлинни години. Източник: ESA/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO

Международната гама-лаборатория за астрофизика (INTEGRAL) беше изстреляна от Европейската космическа агенция през 2002 г. и оттогава оттогава открива гама-лъчи почти всеки ден. Но GRB 221009A, както е наречена експлозията, е всичко друго, но не и обикновена. „Това беше може би най-яркият изблик на гама-лъчи, който някога сме откривали“, казва Мирко Пиерсанти от университета в Акуила в Италия и водещ автор на екипа, публикувал тези резултати.

Разбиране на изблиците на гама лъчи

Изблиците на гама-лъчи някога са били мистериозни събития, но сега се знае, че са изливане на енергия от експлодиращи звезди, наречени свръхнови, или от сблъсък на две ултра-плътни неутронни звезди.

„Ние измерваме изблици на гама-лъчи от 60-те години на миналия век и това е най-мощното, измервано някога“, казва съавторът Пиетро Убертини от Националния институт по астрофизика в Рим, Италия, и главен изследовател на инструмента IBIS на Intergral. Всъщност толкова мощен, че най-близкият му конкурент е десет пъти по-слаб. Статистически, мощни GRB като GRB 221009A достигат Земята само веднъж на всеки 10 000 години.

Въздействие върху йоносферата на Земята

През 800-те секунди, през които гама лъчите удариха, експлозията осигури достатъчно енергия, за да активира детектори за мълнии в Индия. Устройства в Германия уловиха сигнали, показващи, че йоносферата на Земята е била нарушена за няколко часа поради експлозията. Това огромно количество енергия дава на екипа идеята да търси ефектите от експлозията върху йоносферата на Земята.

Йоносферата е слой от горната атмосфера на Земята, който съдържа електрически заредени газове, наречени… плазма. Височината му варира от около 50 км до 950 км. Изследователите го наричат ​​горната страна на йоносферата над 350 km и долната страна на йоносферата под това. Йоносферата е толкова крехка, че космически кораби могат да обикалят по-голямата част от йоносферата.

Първо наблюдение на йоносферно смущение от горната страна

Един такъв космически кораб е Китайският електромагнитен сеизмичен сателит (CSES), известен също като Zhangheng, китайско-италианска космическа мисия. Той беше изстрелян през 2018 г. и наблюдава горната част на йоносферата за промени в нейното електромагнитно поведение. Основната му мисия е да изследва възможните връзки между промените в йоносферата и появата на сеизмични събития като земетресения, но може също така да изучава ефекта на слънчевата активност върху йоносферата.

И Мирко, и Петро са част от научния екип на CSES и те осъзнаха, че ако експлозиите на GRB създадат смущение, CSES трябва да го види. Но не можеха да бъдат сигурни. „Търсихме този ефект от други гама-лъчи в миналото, но не видяхме нищо“, казва Пиетро.

Тази илюстрация показва компонентите на дългите гама-лъчи, най-често срещаният тип. Ядрото на масивна звезда (вляво) се срина, образувайки черна дупка, изпращайки поток от частици, движещи се през свитата звезда и навън в космоса със скоростта почти на светлината. Радиацията в целия спектър произхожда от горещ йонизиран газ (плазма) близо до новородената черна дупка, от сблъсъци между обвивки от бързо движещ се газ в струята (вътрешни ударни вълни) и от водещия ръб на струята, докато тя се издига нагоре и взаимодейства със заобикалящата го среда (външни ударни вълни). Източник: Център за космически полети Годард на НАСА

В миналото GRB са наблюдавани да въздействат върху долната страна на йоносферата през нощта, когато слънчевото влияние е премахнато, но никога върху горната страна. Това е довело до убеждението, че когато взривът достигне Земята, взривът от GRB вече не е бил достатъчно силен, за да причини промяна в проводимостта на йоносферата, водеща до разлика в електрическото поле.

Но този път, когато учените погледнаха, късметът им беше различен. Ефектът беше ясен и силен. За първи път те видяха интензивно смущение под формата на силна промяна в електрическото поле в горната част на йоносферата. „Удивително е. Можем да видим неща, които се случват в дълбокия космос, но те също засягат Земята“, казва Ерик Колкерс, учен по проекта на ESA.

Ефектът от изблик на гама лъчи е далечен

По-конкретно, тези експлозии се случиха в галактика на около 2 милиарда светлинни години от нас – преди два милиарда години – но все още имаше достатъчно енергия, за да повлияе на Земята. Докато Слънцето обикновено е основният източник на радиация, достатъчно мощна, за да повлияе на йоносферата на Земята, GRB предизвикаха инструменти, които обикновено са посветени на изучаването на масивни експлозии в слънчевата атмосфера, известни като слънчеви изригвания. „Заслужава да се отбележи, че това смущение засегна долните слоеве на йоносферата на Земята, която се намира само на десетки километри над повърхността на нашата планета, оставяйки сигнатура, подобна на тази на голямо слънчево изригване“, казва Лора Хейс, научен сътрудник и слънчев физик в Европейската космическа агенция.

Последици на място

Този подпис идва под формата на увеличаване на йонизацията от долната страна на йоносферата. Той беше открит в много нискочестотни радиосигнали, прескачащи между Земята и долната йоносфера на Земята. „По принцип можем да кажем, че йоносферата се е „преместила“ на по-ниска надморска височина и ние открихме това в начина, по който радиовълните отскачат по протежение на йоносферата“, обяснява Лора, която Тези резултати бяха публикувани През 2022г.

Това затвърждава идеята, че свръхнова в нашата галактика може да има по-сериозни последици. „Има много спорове относно възможните последици от изблик на гама лъчи в нашата галактика“, казва Мирко.

В най-лошия случай експлозията не само ще засегне йоносферата, но и ще увреди озоновия слой, позволявайки на опасните ултравиолетови лъчи от слънцето да достигнат земната повърхност. Спекулира се, че подобен ефект е вероятната причина за някои известни събития на масово измиране, които са се случвали на Земята в миналото. Но за да проучим тази идея, ще ни трябват повече данни.

Сега, когато знаят точно какво да търсят, екипът вече е започнал да разглежда отново данните, събрани от CSES, и да ги съпоставя с други гама-лъчи, които Integral е видял. И въпреки че могат да се върнат само до 2018 г., когато CSES стартира, последваща мисия вече е планирана, гарантирайки, че този завладяващ нов прозорец в начина, по който Земята взаимодейства дори с много далечната вселена, сега ще остане отворен.

Справка: „Доказателство за смущение на горното йонно електрическо поле, свързано с изблик на гама-лъчи“ от Мирко Берсанти, Пиетро Убертини, Роберто Батистон, Анджела Базано, Джулия Д’Анджело, Джеймс Дж. Руди, Пиеро Диего, Зима Зерин, Роберто Амендола, Давиде Падони, Симона Бартучи, Стефания Пиоли, Игор Бертило, Уилям Дж. Бергер, Донатела Кампана, Антонио Чиконе, Пиеро Чиполоне, Силвия Коли, Ливио Конти, Андреа Контин, Марко Кристофорети, Фабрицио Де Анджелис, Синция Ди Донато, Кристиан Де Сантис, Андреа Де Лука, Емилиано Фиоренца, Франческо Мария Фолега, Джузепе Гебия, Роберто Йоба, Алесандро Лега, Марко Лоли, Бруно Мартино, Матео Мартучи, Джузепе Масиантонио, Матео Мерги, Марко Меси, Алфредо Морбидини, Корали Нойбузер, Франческо Ноцоли, Фабрицио Ночели, Алберто Олива, Джузепе Австрия, Франческо Палма, Федерико Палмонари, Беатрис Панико, Емануеле Бабини, Александра Парментие, Стефания Перчибали, Франческо Перфето, Алесио Перинели, Пиерджо Пикоца, Микеле Поцато, Джанмария Рибустини, Дарио Ричиоти, Естер Ричи, Марко Ричи, Серджо П. Ричарини, Андреа Роси, Зулейка Сахнун, Умберто Савино, Валентина Скоти, Жухуи Чен, Алесандро Сотгио, Роберта Спарволи, Силвия Товани, Нело Вертоли, Вероника Вилона, Винченцо Витале, Уго Занони, Симона Дзуфоли и Паоло Зуконе, 14 ноември 2023 г. , Nature Communications.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5