La Tierra golpeada por un histórico estallido de rayos gamma procedente de una estrella en explosión

Un enorme estallido de rayos gamma, detectado por El telescopio espacial Integral de la ESA, golpeó la Tierra. La explosión provocó una perturbación importante en la ionosfera de nuestro planeta. Estas perturbaciones suelen estar asociadas con eventos de partículas energéticas en el Sol, pero esto fue el resultado de la explosión de una estrella a casi dos mil millones de años luz de distancia. El análisis de los efectos de la explosión podría proporcionar información sobre las extinciones masivas que se han producido a lo largo de la historia de la Tierra.

Detección del estallido de rayos gamma más brillante

A las 14:21 BST / 15:21 CEST del 9 de octubre de 2022, varios de los satélites de alta energía que orbitan cerca de la Tierra, incluido el satélite Integral de la ESA, detectaron una explosión de rayos gamma (GRB) extremadamente brillante y duradera. misión.

La impresión artística representa el efecto de un potente estallido de rayos gamma que provocó una perturbación significativa en la ionosfera de nuestro planeta. Este es el resultado de una explosión de rayos gamma (GRB) resultante de la explosión de una supernova estelar, en una galaxia a casi dos mil millones de años luz de distancia. Crédito: ESA/ATG Europa; CC BY-SA 3.0 IGO

El Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma (Integral) fue lanzado por la ESA en 2002 y desde entonces ha estado detectando explosiones de rayos gamma casi todos los días. Sin embargo, GRB 221009A, como se llamó la explosión, fue todo menos ordinaria. «Fue probablemente el estallido de rayos gamma más brillante que jamás hayamos detectado», afirma Mirko Piersanti, de la Universidad de L’Aquila, 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 reconocen como el derramamiento de energía de la explosión de estrellas llamadas supernovas o la colisión de dos estrellas de neutrones súper densas.

«Hemos estado midiendo estallidos de rayos gamma desde la década de 1960, y este es el más fuerte jamás medido», dice el coautor Pietro Ubertini, Instituto Nacional de Astrofísica de Roma, Italia, e investigador principal del instrumento IBIS de Intergral. Tan fuerte que su rival más cercano registrado es diez veces más débil. Estadísticamente, un GRB tan poderoso como GRB 221009A llega a la Tierra sólo una vez cada 10.000 años.

Impacto en la ionosfera de la Tierra.

Durante los 800 segundos que impactaron los rayos gamma, la explosión proporcionó energía suficiente para activar los detectores de rayos en la India. Los instrumentos en Alemania detectaron signos de que la explosión perturbó la ionosfera terrestre durante varias horas. Esta cantidad extrema de energía dio al equipo la idea de buscar los efectos de la explosión en la ionosfera de la Tierra.

La ionosfera es la capa de la atmósfera superior de la Tierra que contiene gases llamados gases cargados eléctricamente. plasma. Se extiende desde aproximadamente 50 km hasta 950 km de altitud. Los investigadores la llaman ionosfera superior por encima de los 350 km y ionosfera inferior por debajo. La ionosfera es tan tenue que las naves espaciales pueden mantener órbitas en la mayor parte de la ionosfera.

Primera observación de perturbaciones ionosféricas en la parte superior

Una de esas naves espaciales es el Satélite Sismo-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 posibles vínculos entre los cambios en la ionosfera y la aparición de eventos sísmicos como los terremotos, pero también puede estudiar el impacto de la actividad solar en la ionosfera.

Tanto Mirko como Pietro son parte del equipo científico del CSES y se dieron cuenta de que si el GRB creaba una perturbación, el CSES debería verlo. Pero no podían estar seguros. «Habíamos buscado este efecto en otros GRB en el pasado, pero no habíamos visto nada», dice Pietro.

Esta ilustración muestra los ingredientes de un estallido prolongado de rayos gamma, el tipo más común. El núcleo de una estrella masiva (izquierda) se ha colapsado, formando un agujero negro que envía un chorro de partículas que se mueve a través de la estrella en colapso hacia el espacio a casi la velocidad de la luz. La radiación en todo el espectro surge del gas ionizado caliente (plasma) en las proximidades del agujero negro recién nacido, de las colisiones entre capas de gas que se mueven rápidamente dentro del chorro (ondas de choque internas) y del borde de ataque del chorro a medida que asciende. . e interactúa con el entorno circundante (choque externo). Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

En el pasado, se han observado GRB golpeando la ionosfera inferior durante la noche, cuando se elimina la influencia solar, pero nunca en la parte superior. Esto había llevado a creer que cuando llegó a la Tierra, una explosión de GRB ya no era lo suficientemente poderosa como para producir un cambio en la conductividad ionosférica que condujera a un cambio en el campo eléctrico.

Esta vez, sin embargo, cuando los científicos miraron, su suerte fue diferente. El efecto fue evidente y fuerte. Por primera vez, observaron una intensa perturbación en forma de una fuerte variación del campo eléctrico en la parte superior de la ionosfera. «Es asombroso. Podemos ver cosas que están sucediendo en el espacio profundo pero que también afectan a la Tierra», dice Erik Kuulkers, científico del proyecto de la ESA.

El impacto de gran alcance del estallido de rayos gamma

Este GRB en particular tuvo lugar en una galaxia a casi 2 mil millones de años luz de distancia (es decir, hace dos mil millones de años), pero todavía tenía suficiente energía para afectar la Tierra. Aunque el Sol suele ser la principal fuente de radiación lo suficientemente potente como para afectar la ionosfera de la Tierra, este GRB activó instrumentos generalmente reservados para estudiar las inmensas explosiones en la atmósfera solar conocidas como erupciones solares. «En particular, esta perturbación afectó a las capas más bajas de la ionosfera de la Tierra, situadas a sólo unas decenas de kilómetros sobre la superficie de nuestro planeta, dejando una huella comparable a la de una gran erupción solar», afirma la investigadora Laura Hayes y física solar de la ESA.

Implicaciones para la Tierra

Esta firma se produjo en forma de una mayor ionización en la ionosfera de fondo. Se ha detectado en señales de radio de muy baja frecuencia que rebotan entre el suelo y la ionosfera inferior de la Tierra. «Básicamente, podemos decir que la ionosfera se ha ‘desplazado’ a altitudes más bajas, y lo detectamos por la forma en que las ondas de radio rebotan a lo largo de la ionosfera», explica Laura, quien publicó estos resultados en 2022.

Esto refuerza la idea de que una supernova en nuestra galaxia podría tener consecuencias mucho más graves. «Ha habido mucho debate sobre las posibles consecuencias de una explosión de rayos gamma en nuestra galaxia», afirma 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 la peligrosa radiación ultravioleta del Sol llegue a la superficie de la Tierra. Se plantea la hipótesis de que este efecto sea una posible causa de algunos de los eventos de extinción masiva que se sabe que ocurrieron en la Tierra en el pasado. Pero para profundizar en la idea, necesitaremos muchos más datos.

Ahora que saben exactamente qué buscar, el equipo ya comenzó a examinar los datos recopilados por CSES y a correlacionarlos con otros estallidos de rayos gamma observados por Integral. Y aunque solo se remonta a 2018, cuando se lanzó CSES, ya se ha planeado una misión de seguimiento, asegurando que esta nueva y fascinante ventana a cómo la Tierra interactúa incluso con el Universo muy distante permanecerá abierta.

Bibliografía: “Evidencia de una perturbación del campo eléctrico ionosférico superior correlacionada con un estallido de rayos gamma” por Mirko Piersanti, Pietro Ubertini, Roberto Battiston, Angela Bazzano, Giulia D’Angelo, James G. Rodi, Piero Diego, Zhima Zeren, Roberto Ammendola, Davide Badoni, Simona Bartocci, Stefania Beolè, Igor Bertello, William J. Burger, Donatella Campana, Antonio Cicone, Piero Cipollone, Silvia Coli, Livio Conti, Andrea Contin, Marco Cristoforetti, Fabrizio De Angelis, Cinzia De Donato, Cristian De Santis, Andrea Di Luca, Emiliano Fiorenza, Francesco Maria Follega, Giuseppe Gebbia, Roberto Iuppa, Alessandro Lega, Marco Lolli, Bruno Martino, Matteo Martucci, Giuseppe Masciantonio, Matteo Mergè, Marco Mese, Alfredo Morbidini, Coralie Neubüser, Francesco Nozzoli, Fabrizio Nuccilli, Alberto Oliva, Giuseppe Osteria, Francesco Palma, Federico Palmonari, Beatrice Panico, Emanuele Papini, Alexandra Parmentier, Stefania Perciballi, Francesco Perfetto, Alessio Perinelli, Piergiorgio Picozza, Michele Pozzato, Gianmaria Rebustini, Dario Recchiuti, Ester Ricci, Marco Ricci , Sergio B Ricciarini, Andrea Russi, Zuleika Sahnoun, Umberto Savino, Valentina Scotti, Xuhui Shen, Alessandro Sotgiu, Roberta Sparvoli, Silvia Tofani, Nello Vertolli, Veronica Vilona, ​​Vincenzo Vitale, Ugo Zannoni, Simona Zoffoli y Paolo Zuccon, 14 noviembre de 2023, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41467-023-42551-5