De aarde werd getroffen door een historische gammastraaluitbarsting als gevolg van een sterexplosie

Een enorme gammastraaluitbarsting werd ontdekt door ESA’s geïntegreerde ruimtetelescoop, de grond raken. De explosie veroorzaakte een grote verstoring in de ionosfeer van onze planeet. Dergelijke verstoringen worden gewoonlijk geassocieerd met energetische deeltjesgebeurtenissen op de zon, maar deze gebeurtenis was het gevolg van de explosie van een ster op ongeveer twee miljard lichtjaar afstand. Het analyseren van de effecten van de explosie zou informatie kunnen opleveren over massale uitstervingen in de geschiedenis van de aarde.

Detectie van de helderste gammaflitsen

Om 14:21 GMT/15:21 CEST op 9 oktober 2022 werd een extreem heldere en langdurige gammastraaluitbarsting (GRB) gedetecteerd door verschillende hoogenergetische satellieten in een baan nabij de aarde, waaronder de Maan ESA’s Integral-satelliet. een taak.

De artistieke impressie toont de impact van een krachtige gammastraaluitbarsting die de ionosfeer van onze planeet ernstig verstoorde. Dit is het resultaat van een gammastraaluitbarsting (GRB) die het gevolg is van de supernova-explosie van een ster in een sterrenstelsel op ongeveer twee miljard lichtjaar afstand. Bron: ESA/ATG Europa; CC BY-SA 3.0 IGO

Het International Gamma-ray Laboratory for Astrophysics (INTEGRAL) werd in 2002 gelanceerd door de European Space Agency en heeft sindsdien bijna elke dag gammaflitsen gedetecteerd. GRB 221009A, zoals de explosie werd genoemd, was echter allesbehalve gewoon. “Dit was waarschijnlijk de helderste gammaflits die we ooit hebben waargenomen”, zegt Mirco Piersanti van de Universiteit van L’Aquila in Italië, en hoofdauteur van het team dat deze resultaten publiceerde.

Gammastraaluitbarstingen begrijpen

Gammastraaluitbarstingen waren ooit mysterieuze gebeurtenissen, maar het is nu bekend dat ze een uitstorting van energie zijn van exploderende sterren die supernova’s worden genoemd, of van de botsing van twee ultradichte neutronensterren.

“We meten al sinds de jaren zestig gammaflitsen en dit is de krachtigste die ooit is gemeten”, zegt medeauteur Pietro Ubertini van het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Rome, Italië, en hoofdonderzoeker van Intergrals IBIS-instrument. Zo krachtig zelfs dat zijn naaste concurrent ooit tien keer zwakker is. Statistisch gezien bereiken krachtige GRB’s zoals GRB 221009A de aarde slechts eens in de 10.000 jaar.

Impact op de ionosfeer van de aarde

Gedurende de 800 seconden dat de gammastraling insloeg, leverde de explosie voldoende energie om bliksemdetectoren in India te activeren. Apparaten in Duitsland pikten signalen op die erop wezen dat de ionosfeer van de aarde gedurende enkele uren verstoord was als gevolg van de explosie. Deze enorme hoeveelheid energie bracht het team op het idee om te zoeken naar de effecten van de explosie op de ionosfeer van de aarde.

De ionosfeer is de laag van de bovenste atmosfeer van de aarde die elektrisch geladen gassen bevat, genaamd… plasma. De hoogte strekt zich uit van ongeveer 50 km tot 950 km. Onderzoekers noemen het de bovenzijde van de ionosfeer boven 350 km, en de onderkant van de ionosfeer daaronder. De ionosfeer is zo kwetsbaar dat ruimtevaartuigen in een baan om het grootste deel van de ionosfeer kunnen draaien.

Eerste waarneming van ionosferische verstoring aan de bovenzijde

Eén van die ruimtevaartuigen is de China Electromagnetic Seismic Satellite (CSES), ook bekend als Zhangheng, een Chinees-Italiaanse ruimtemissie. Het werd gelanceerd in 2018 en monitort de bovenzijde van de ionosfeer op veranderingen in zijn elektromagnetische gedrag. Zijn primaire missie is het bestuderen van mogelijke verbanden tussen veranderingen in de ionosfeer en het optreden van seismische gebeurtenissen zoals aardbevingen, maar het kan ook het effect van zonneactiviteit op de ionosfeer bestuderen.

Zowel Mirko als Petro maken deel uit van het CSES-wetenschapsteam en ze realiseerden zich dat als de GRB-explosies een verstoring veroorzaakten, CSES dit zou moeten zien. Maar ze wisten het niet zeker. “We hebben in het verleden naar dit effect gezocht bij andere gammaflitsen, maar we hebben niets gezien”, zegt Pietro.

Deze illustratie toont de componenten van lange gammaflitsen, het meest voorkomende type. De kern van een massieve ster (links) stortte in en vormde een zwart gat, waardoor een stroom deeltjes door de ingestorte ster de ruimte in werd gestuurd met bijna de snelheid van het licht. Straling over het hele spectrum is afkomstig van heet geïoniseerd gas (plasma) nabij het pasgeboren zwarte gat, van botsingen tussen granaten van snel bewegend gas in de straal (interne schokgolven), en van de voorrand van de straal terwijl deze omhoog beweegt en op elkaar inwerkt. met zijn omgeving (externe schokgolven). Bron: NASA Goddard Space Flight Center

In het verleden is waargenomen dat GRB’s ’s nachts de onderkant van de ionosfeer beïnvloeden, wanneer de invloed van de zon is verwijderd, maar nooit de bovenkant. Dit heeft geleid tot de overtuiging dat tegen de tijd dat de explosie de aarde bereikte, de explosie van de GRB’s niet langer sterk genoeg was om een ​​verandering in de ionosferische geleidbaarheid te veroorzaken, wat resulteerde in een verschil in het elektrische veld.

Maar deze keer, toen wetenschappers keken, was hun geluk anders. Het effect was duidelijk en krachtig. Voor het eerst zagen ze een intense verstoring in de vorm van een sterke variatie in het elektrische veld aan de bovenzijde van de ionosfeer. “Het is verbazingwekkend. We kunnen dingen zien die in de diepe ruimte gebeuren, maar ze hebben ook invloed op de aarde”, zegt Eric Kolkers, ESA-projectwetenschapper.

Het effect van een gammastraaluitbarsting is over grote afstanden

Concreet vonden deze explosies plaats in een sterrenstelsel op ongeveer 2 miljard lichtjaar afstand – twee miljard jaar geleden – en hadden toch nog genoeg energie om de aarde te beïnvloeden. Hoewel de zon doorgaans de belangrijkste stralingsbron is die krachtig genoeg is om de ionosfeer van de aarde te beïnvloeden, hebben GRB’s instrumenten aangewakkerd die doorgaans bedoeld zijn voor het bestuderen van enorme explosies in de atmosfeer van de zon, bekend als zonnevlammen. “Het is opmerkelijk dat deze verstoring de lagere lagen van de ionosfeer van de aarde trof, die zich slechts tientallen kilometers boven het oppervlak van onze planeet bevindt, en een signatuur achterlaat die lijkt op die van een grote zonnevlam”, zegt Laura Hayes, een onderzoekscollega. en zonnefysicus bij de European Space Agency. “.

Implicaties ter plaatse

Deze signatuur kwam in de vorm van een toename van de ionisatie aan de onderkant van de ionosfeer. Het werd gedetecteerd in zeer laagfrequente radiosignalen die stuiterden tussen de aarde en de lagere ionosfeer van de aarde. “In principe kunnen we zeggen dat de ionosfeer naar lagere hoogten is ‘verplaatst’, en we hebben dit ontdekt door de manier waarop radiogolven langs de ionosfeer stuiteren”, legt Laura uit. Deze resultaten zijn gepubliceerd In 2022.

Het versterkt het idee dat een supernova in onze Melkweg ernstiger gevolgen zou kunnen hebben. “Er is veel controverse geweest over de mogelijke gevolgen van een gammaflits in onze Melkweg”, zegt Mirko.

In het ergste geval zou de explosie niet alleen de ionosfeer aantasten, maar ook de ozonlaag beschadigen, waardoor gevaarlijke ultraviolette straling van de zon het aardoppervlak zou kunnen bereiken. Er wordt gespeculeerd dat een dergelijk effect de waarschijnlijke oorzaak is van enkele bekende massa-uitstervingsgebeurtenissen die zich in het verleden op aarde hebben voorgedaan. Maar om dit idee te onderzoeken, hebben we meer gegevens nodig.

Nu ze precies weten waar ze op moeten letten, is het team al begonnen met het opnieuw bekijken van de gegevens verzameld door CSES en deze te correleren met andere gammaflitsen die Integral heeft gezien. En hoewel ze alleen maar terug kunnen gaan tot 2018, toen CSES werd gelanceerd, is er al een vervolgmissie gepland, die ervoor moet zorgen dat dit fascinerende nieuwe venster op de manier waarop de aarde interageert met zelfs het zeer verre universum nu open blijft.

Referentie: “Bewijs voor verstoring van het bovenste ionische elektrische veld geassocieerd met een gammastraaluitbarsting” door Mirco Piersanti, 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 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 Oostenrijk, Francesco Palma, Federico Palmonari, Beatrice Panico, 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 en Paolo Zuccone, 14 november 2023 , Natuurcommunicatie.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5