El Telescopio Espacial Integrado de la ESA ha detectado una explosión de rayos gamma sin precedentes procedente de una estrella distante en explosión, provocando importantes perturbaciones en la ionosfera de la Tierra. Este evento, el más brillante y poderoso de su tipo jamás registrado, ha llevado a los investigadores a explorar su posible conexión con extinciones masivas históricas en la Tierra.
Un enorme estallido de rayos gamma fue descubierto por Telescopio espacial integrado de la ESA, chocar con el suelo. La explosión provocó una importante perturbación en la ionosfera de nuestro planeta. Estas perturbaciones suelen estar asociadas con eventos de partículas energéticas en el Sol, pero este evento fue el resultado de la explosión de una estrella a aproximadamente dos mil millones de años luz de distancia. Analizar los efectos de la explosión podría proporcionar información sobre extinciones masivas en la historia de la Tierra.
Detección de los estallidos de rayos gamma más brillantes
A las 14:21 GMT/15:21 CEST del 9 de octubre de 2022, varios satélites de alta energía en órbita cercana a la Tierra, incluido el satélite Integral de la ESA, detectaron una explosión de rayos gamma (GRB) extremadamente brillante y duradera. una tarea.
La impresión artística representa el impacto de una poderosa explosión de rayos gamma que perturbó enormemente la ionosfera de nuestro planeta. Este es el resultado de un estallido de rayos gamma (GRB) resultante de la explosión de supernova de una estrella, en una galaxia a unos dos mil millones de años luz de distancia. Fuente: ESA/ATG Europa; CC BY-SA 3.0 IGO
El Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma (INTEGRAL) fue lanzado por la Agencia Espacial Europea en 2002 y desde entonces ha detectado explosiones de rayos gamma casi todos los días. Sin embargo, GRB 221009A, como se llamó la explosión, fue todo menos ordinaria. «Este fue probablemente el estallido de rayos gamma más brillante que jamás hayamos detectado», afirma Mirco Piersanti, de la Universidad de L’Aquila en Italia y autor principal del equipo que publicó estos resultados.
Comprender los estallidos de rayos gamma
Los estallidos de rayos gamma alguna vez fueron eventos misteriosos, pero ahora se sabe que son una efusión de energía proveniente de la explosión de estrellas llamadas supernovas, o de la colisión de dos estrellas de neutrones ultradensas.
«Hemos estado midiendo estallidos de rayos gamma desde la década de 1960, y este es el más potente jamás medido», dice el coautor Pietro Ubertini, del Instituto Nacional de Astrofísica de Roma, Italia, e investigador principal del instrumento IBIS de Intergral. De hecho, es tan poderoso que su competidor más cercano es diez veces más débil. Estadísticamente, los GRB potentes como GRB 221009A llegan a la Tierra sólo una vez cada 10.000 años.
Impacto en la ionosfera de la Tierra.
Durante los 800 segundos que incidieron los rayos gamma, la explosión proporcionó suficiente energía para activar los detectores de rayos en la India. Los dispositivos en Alemania captaron señales que indicaban que la ionosfera terrestre estuvo perturbada durante varias horas debido a la explosión. Esta enorme cantidad de energía dio al equipo la idea de buscar los efectos de la explosión en la ionosfera terrestre.
La ionosfera es la capa de la atmósfera superior de la Tierra que contiene gases cargados eléctricamente llamados… plasma. Su altura se extiende desde unos 50 km hasta 950 km. Los investigadores se refieren a él como el lado superior de la ionosfera por encima de los 350 km y el lado inferior de la ionosfera por debajo. La ionosfera es tan frágil que las naves espaciales pueden orbitar la mayor parte de la ionosfera.
Primera observación de perturbaciones ionosféricas en la parte superior
Una de esas naves espaciales es el Satélite Sísmico Electromagnético de China (CSES), también conocido como Zhangheng, una misión espacial chino-italiana. Se lanzó en 2018 y monitorea la parte superior de la ionosfera en busca de cambios en su comportamiento electromagnético. Su misión principal es estudiar los posibles vínculos entre los cambios en la ionosfera y la aparición de eventos sísmicos como los terremotos, pero también puede estudiar el efecto de la actividad solar en la ionosfera.
Tanto Mirko como Petro son parte del equipo científico del CSES y se dieron cuenta de que si las explosiones de GRB creaban una perturbación, el CSES tendría que verlo. Pero no podían estar seguros. «Buscamos este efecto en otras explosiones de rayos gamma en el pasado, pero no vimos nada», dice Pietro.
Esta ilustración muestra los componentes de los estallidos largos de rayos gamma, el tipo más común. El núcleo de una estrella masiva (izquierda) colapsó para formar un agujero negro, enviando una corriente de partículas que se mueven a través de la estrella colapsada y hacia el espacio casi a la velocidad de la luz. La radiación en todo el espectro se origina a partir de gas ionizado caliente (plasma) cerca del agujero negro recién nacido, de colisiones entre capas de gas que se mueve rápidamente dentro del chorro (ondas de choque internas) y del borde de ataque del chorro a medida que avanza hacia arriba e interactúa. con su entorno (ondas de choque externas). Fuente: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
En el pasado, se ha observado que los GRB impactan en la parte inferior de la ionosfera durante la noche, cuando se elimina la influencia solar, pero nunca en la parte superior. Esto ha llevado a la creencia de que cuando la explosión llegó a la Tierra, la explosión de los GRB ya no era lo suficientemente fuerte como para provocar un cambio en la conductividad ionosférica que diera como resultado una diferencia en el campo eléctrico.
Pero esta vez, cuando los científicos observaron, su suerte fue diferente. El efecto fue claro y fuerte. Por primera vez vieron una intensa perturbación en forma de una fuerte variación del campo eléctrico en la parte superior de la ionosfera. «Es sorprendente. Podemos ver cosas que suceden en el espacio profundo pero que también afectan a la Tierra», afirma Eric Kolkers, científico del proyecto de la ESA.
El efecto de un estallido de rayos gamma es de largo alcance
Específicamente, estas explosiones ocurrieron en una galaxia a unos 2 mil millones de años luz de distancia (hace dos mil millones de años) pero aún tenían suficiente energía para impactar la Tierra. Si bien el Sol suele ser la principal fuente de radiación lo suficientemente potente como para afectar la ionosfera de la Tierra, los GRB generaron instrumentos generalmente dedicados a estudiar explosiones masivas en la atmósfera del Sol conocidas como erupciones solares. «Cabe destacar que esta perturbación afectó a las capas inferiores de la ionosfera de la Tierra, que se encuentra a sólo decenas de kilómetros sobre la superficie de nuestro planeta, dejando una huella similar a la de una gran erupción solar», dice Laura Hayes, investigadora. y físico solar de la Agencia Espacial Europea. «.
Implicaciones sobre el terreno
Esta firma se produjo en forma de un aumento de la ionización en la parte inferior de la ionosfera. Fue detectado en señales de radio de muy baja frecuencia que rebotaban entre la Tierra y la ionosfera inferior de la Tierra. «Básicamente, podríamos decir que la ionosfera se ‘desplazó’ a altitudes más bajas, y esto lo descubrimos en cómo las ondas de radio rebotaban a lo largo de la ionosfera», explica Laura, quien Estos resultados fueron publicados En 2022.
Refuerza la idea de que una supernova en nuestra galaxia podría tener consecuencias más graves. «Ha habido mucha controversia sobre las posibles consecuencias de una explosión de rayos gamma en nuestra galaxia», dice Mirko.
En el peor de los casos, la explosión no sólo afectaría a la ionosfera, sino que también podría dañar la capa de ozono, permitiendo que los peligrosos rayos ultravioleta del sol lleguen a la superficie terrestre. Se ha especulado que tal efecto es la causa probable de algunos eventos de extinción masiva conocidos que han ocurrido en la Tierra en el pasado. Pero para investigar esta idea, necesitaremos más datos.
Ahora que saben exactamente qué buscar, el equipo ya ha comenzado a analizar nuevamente los datos recopilados por el CSES y a correlacionarlos con otros estallidos de rayos gamma que Integral ha visto. Y aunque solo pueden remontarse a 2018, cuando se lanzó CSES, ya se ha planeado una misión de seguimiento, asegurando que esta nueva y fascinante ventana sobre la forma en que la Tierra interactúa incluso con el universo muy distante permanecerá abierta.
Referencia: “Evidencia de la perturbación del campo eléctrico iónico superior asociado con un estallido de rayos gamma” por 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 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 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 y Paolo Zuccone, 14 de noviembre de 2023 , Comunicaciones de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5
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