Землю поразил исторический гамма-всплеск в результате взрыва звезды

Массивный гамма-всплеск был обнаружен Интегрированный космический телескоп ЕКА, ударился о землю. Взрыв вызвал серьезное возмущение в ионосфере нашей планеты. Такие возмущения обычно связывают с событиями, происходящими с энергичными частицами на Солнце, но это событие было результатом взрыва звезды, находящейся примерно в двух миллиардах световых лет от нас. Анализ последствий взрыва может предоставить информацию о массовых вымираниях в истории Земли.

Обнаружение ярчайших гамма-всплесков

В 14:21 по Гринвичу/15:21 по центральноевропейскому летнему времени 9 октября 2022 года чрезвычайно яркий и продолжительный гамма-всплеск (GRB) был обнаружен несколькими высокоэнергетическими спутниками на околоземной орбите, включая спутник Integral Луны ЕКА. задача.

Художественное впечатление передает воздействие мощного гамма-всплеска, сильно возмутившего ионосферу нашей планеты. Это результат гамма-всплеска (GRB), возникшего в результате взрыва сверхновой звезды в галактике на расстоянии около двух миллиардов световых лет от нас. Источник: ЕКА/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 МПО

Международная астрофизическая лаборатория гамма-излучения (ИНТЕГРАЛ) была запущена Европейским космическим агентством в 2002 году и с тех пор обнаруживает гамма-всплески почти каждый день. Однако GRB 221009A, как назвали взрыв, был совсем не обычным. «Возможно, это был самый яркий гамма-всплеск, который мы когда-либо обнаруживали», — говорит Мирко Пьерсанти из Университета Л’Акуила в Италии и ведущий автор группы, опубликовавшей эти результаты.

Понимание гамма-всплесков

Гамма-всплески когда-то были загадочными событиями, но теперь известно, что они представляют собой излияние энергии взрывающихся звезд, называемых сверхновыми, или столкновения двух сверхплотных нейтронных звезд.

«Мы измеряем гамма-всплески с 1960-х годов, и это самый мощный из когда-либо измеренных», — говорит соавтор Пьетро Убертини из Национального института астрофизики в Риме, Италия, и главный исследователь инструмента IBIS компании Intergral. Настолько мощный, что его ближайший конкурент в десять раз слабее. По статистике, мощные гамма-всплески, такие как GRB 221009A, достигают Земли только один раз в 10 000 лет.

Воздействие на ионосферу Земли

За 800 секунд воздействия гамма-лучей взрыв дал достаточно энергии, чтобы активировать детекторы молний в Индии. Приборы в Германии уловили сигналы, свидетельствующие о том, что ионосфера Земли была нарушена на несколько часов из-за взрыва. Это огромное количество энергии натолкнуло команду на мысль поискать последствия взрыва на ионосфере Земли.

Ионосфера – это слой верхней атмосферы Земли, содержащий электрически заряженные газы, называемые… плазма. Его высота простирается примерно от 50 км до 950 км. Исследователи называют это верхней стороной ионосферы выше 350 км и нижней стороной ионосферы ниже этого уровня. Ионосфера настолько хрупка, что космические корабли могут вращаться вокруг большей части ионосферы.

Первое наблюдение ионосферного возмущения на верхней стороне

Одним из таких космических аппаратов является Китайский электромагнитный сейсмический спутник (CSES), также известный как Чжанхэн, китайско-итальянская космическая миссия. Он был запущен в 2018 году и отслеживает верхнюю часть ионосферы на предмет изменений в ее электромагнитном поведении. Его основная задача — изучить возможные связи между изменениями в ионосфере и возникновением сейсмических событий, таких как землетрясения, но он также может изучать влияние солнечной активности на ионосферу.

И Мирко, и Петр являются членами научной группы CSES, и они поняли, что, если взрывы гамма-всплесков вызовут возмущение, CSES придется это увидеть. Но они не могли быть уверены. «Мы искали этот эффект в других гамма-всплесках в прошлом, но ничего не увидели», — говорит Пьетро.

На этой иллюстрации показаны компоненты длинных гамма-всплесков, наиболее распространенного типа. Ядро массивной звезды (слева) рухнуло, образовав черную дыру, отправив поток частиц, движущийся через коллапсирующую звезду в космос почти со скоростью света. Излучение всего спектра возникает от горячего ионизированного газа (плазмы) вблизи новорожденной черной дыры, от столкновений оболочек быстро движущегося газа внутри струи (внутренние ударные волны) и от передней кромки струи, когда она поднимается вверх и взаимодействует. с окружением (внешние ударные волны). Источник: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.

В прошлом гамма-всплески наблюдались, воздействующие на нижнюю часть ионосферы в ночное время, когда солнечное влияние устранено, но никогда на верхнюю часть. Это привело к убеждению, что к тому времени, когда взрыв достиг Земли, взрыв гамма-всплесков уже не был достаточно сильным, чтобы вызвать изменение проводимости ионосферы, приводящее к разнице в электрическом поле.

Но на этот раз, когда ученые посмотрели, их удача была иной. Эффект был явным и сильным. Впервые они увидели интенсивное возмущение в виде сильного изменения электрического поля на верхней стороне ионосферы. «Это потрясающе. Мы можем видеть вещи, которые происходят в глубоком космосе, но они также влияют на Землю», — говорит Эрик Колкерс, научный сотрудник проекта ЕКА.

Эффект гамма-всплеска дальнодействующий.

В частности, эти взрывы произошли в галактике, находящейся на расстоянии около 2 миллиардов световых лет — два миллиарда лет назад — но все еще имевшей достаточно энергии, чтобы поразить Землю. Хотя Солнце обычно является основным источником радиации, достаточно мощной, чтобы воздействовать на ионосферу Земли, гамма-всплески активировали инструменты, обычно предназначенные для изучения массивных взрывов в атмосфере Солнца, известных как солнечные вспышки. «Примечательно, что это возмущение затронуло нижние слои ионосферы Земли, которая расположена всего в десятках километров над поверхностью нашей планеты, оставив след, похожий на сигнатуру большой солнечной вспышки», — говорит Лаура Хейс, научный сотрудник и физик Солнца в Европейском космическом агентстве».

Последствия на местах

Эта подпись проявилась в виде увеличения ионизации на нижней стороне ионосферы. Он был обнаружен в очень низкочастотных радиосигналах, передающихся между Землей и нижней ионосферой Земли. «По сути, мы могли бы сказать, что ионосфера «переместилась» на более низкие высоты, и мы обнаружили это по тому, как радиоволны отражались вдоль ионосферы», — объясняет Лаура, которая Эти результаты были опубликованы В 2022 году.

Это подтверждает идею о том, что сверхновая в нашей галактике может иметь более серьезные последствия. «Было много споров о возможных последствиях гамма-всплеска в нашей галактике», — говорит Мирко.

В худшем случае взрыв не только затронет ионосферу, но и может повредить озоновый слой, позволяя опасным ультрафиолетовым лучам Солнца достичь поверхности Земли. Было высказано предположение, что такой эффект является вероятной причиной некоторых известных событий массового вымирания, которые произошли на Земле в прошлом. Но чтобы исследовать эту идею, нам понадобится больше данных.

Теперь, когда они точно знают, что искать, команда уже начала снова просматривать данные, собранные CSES, и сопоставлять их с другими гамма-всплесками, которые видел «Интеграл». И хотя они могут вернуться только в 2018 год, когда был запущен CSES, последующая миссия уже запланирована, гарантируя, что это захватывающее новое окно в то, как Земля взаимодействует даже с очень далекой Вселенной, теперь останется открытым.

Ссылка: «Доказательства возмущения верхнего ионного электрического поля, связанного с гамма-всплеском» Мирко Берсанти, Пьетро Убертини, Роберто Баттистон, Анжела Баззано, Джулия Д’Анджело, Джеймс Дж. Радди, Пьеро Диего, Зима Зерин, Роберто Амендола, Давиде Падони, Симона Бартуччи, Стефания Пиоли, Игорь Бертильо, Уильям Дж. Бергер, Донателла Кампана, Антонио Чикконе, Пьеро Чиполлоне, Сильвия Колли, Ливио Конти, Андреа Контин, Марко Кристофоретти, Фабрицио Де Анджелис, Чинция Ди Донато, Кристиан Де Сантис, Андреа Де Лука, Эмилиано Фиоренца, Франческо Мария Фольлега, Джузеппе Геббиа, Роберто Йоба, Алессандро Лега, Марко Лолли, Бруно Мартино, Маттео Мартуччи, Джузеппе Массиантонио, Маттео Мерджи, Марко Месси, Альфредо Морбидини, Корали Нойбузер, Франческо Ноццоли, Фабрицио Ночелли, Альберто Олива, Джузеппе Аустрия, Франческо Пальма, Федерико Пальмонари, Беатрис Панико, Эмануэле Бабини, Александра Парментье, Стефания Перчибали, Франческо Перфетто, Алессио Перинелли, Пьерджо Пикоцца, Микеле Поццато, Джанмария Рибустини, Дарио Риччиотти, Эстер Риччи, Марко Риччи, Серджио П. Риччарини, Андреа Росси, Зулейка Сахнун, Умберто Савино, Валентина Скотти, Чжухуэй Чен, Алессандро Сотджио, Роберта Спарволи, Сильвия Товани, Нелло Вертоли, Вероника Вильона, Винченцо Витале, Уго Занони, Симона Дзуффоли и Паоло Цукконе, 14 ноября 2023 г. , Природные коммуникации.
дои: 10.1038/s41467-023-42551-5