9 октября 2022 года в космической темноте вспыхнул самый яркий взрыв за всю историю наблюдений. Гамма-всплеск, получивший название GRB 221009A, произошел примерно в 2,4 миллиардах световых лет от Земли и был настолько мощным, что стал причиной больших колебаний электрического поля ионосферы Земли, о чем говорится в недавно опубликованном исследовании.

Ученые из Университета Аквилы и Национального института астрофизики в Италии предоставили доказательства изменения электрического поля ионосферы на расстоянии около 500 километров. Новая работа, опубликованная в журнале Nature Communications, проливает свет на сложные взаимодействия между космическими явлениями и слоями атмосферы Земли, предлагая ценную информацию о последствиях экстремальных астрофизических событий на нашей планете.

В космосе произошел самый яркий гамма-всплеск за всю историю наблюдений

Гамма-всплески (GRB) – это кратковременные вспышки гамма-излучения, наиболее энергичного компонента электромагнитного спектра. За ним следует рентгеновское излучение.

Что такое гамма-всплески?

Гамма-всплески (gamma ray-bursts, GRB) – это самые мощные взрывы во Вселенной, которые представляют собой краткие вспышки высокоэнергетического света. Считается, что они являются результатом самых взрывоопасных событий на космических просторах, включая рождение черных дыр и столкновения нейтронных звезд. По данным NASA, гамма-всплески, длящиеся от нескольких миллисекунд до нескольких минут, могут быть в сотни раз ярче обычной сверхновой.

Первое наблюдение гамма-всплеска состоялось 2 июля 1967 года с помощью американского спутника Vela 4A, входящему в серию космических аппаратов для обнаружения рентгеновского и гамма-излучения (изначально предназначенных для мониторинга любых ядерных испытаний). В период с 1971 по 1973 год ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории изучали несколько гамма-всплесков, обнаруженных спутниками Vela, и определили, что гамма-всплески имеют «космическое происхождение». С тех самых пор исследователи очарованы этими массивными космическими взрывами и их источниками.

Гамма-всплеск от черной дыры

Гамма-всплески – это космические лаборатории, которые позволяют нам изучать состояния материи и физику, которые невозможно воспроизвести на Земле, – объясняет Брендан О’Коннор, научный сотрудник Центра космологии Макуильямса при Университете Карнеги-Меллон.

Как объясняют специалисты по изучению массивных космических взрывов, гамма-излучение, связанное с гамма—всплесками, создается коллимированной струей материала, движущейся почти со скоростью света – так называемыми релятивистскими скоростями — что позволяет изучать механизмы излучения релятивистских частиц. Так, местоположения гамма-всплесков информируют исследователей о формировании и эволюции галактик и звезд на протяжении всей истории Вселенной.

Источники гамма-всплесков

Астрофизики отмечают, что источник (или причина) гамма-всплеска зависит от его длительности. Так, гамма-всплески, которые длятся менее двух секунд, являются результатом слияния двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Более длительные гамма-всплески, которые могут длиться часами, происходят во время коллапса массивных звезд (т.е. рождения черных дыр).

Гамма-всплески возникают в результате струй частиц, ускоренных примерно до 99,9% скорости света.

По словам профессора Рэдбудского университета Эндрю Левана, за несколько секунд гамма-всплеск может испустить столько энергии, сколько Солнце выделит за все 9 миллиардов лет своей жизни. Исследователи также отмечают, что гамма-всплески тесно связаны с галактиками, в которых происходит интенсивное звездообразование.

В прошлом считалось, что гамма-всплески способны убить всю жизнь в галактике, однако эта теория сегодня опровергнута. Все потому, что энергия гамма-всплесков напоминает лучи, подобно тем, что исходят от маяка. Это, однако, не значит, что они полностью безопасны. Так, эксперты Европейского космического агентства (ЕКА) полагают, что все, что попадает в радиус 200 световых лет от излучения, испарится.

Самый мощный взрыв во Вселенной

Среди множества зарегистрированных на сегодняшний день гамма-всплесков, самым мощным является GRB 221009A, произошедший в созвездии Стрельца 9 октября 2022 года, а его излучение шло до Земли 1,9 млрд лет. Этот мощнейший взрыв длился около семи минут и был обнаружен более чем через 10 часов после первоначального наблюдения. Вспышку зафиксировали сразу несколько космических обсерваторий, включая Swift и Fermi (NASA), а также Integral (ЕКА).

Вспышка света от новорожденной черной дыры, находящейся в миллиардах световых лет от нашей планеты, ударила по Земле с такой силой, что потрясла верхние слои атмосферы, – сообщают авторы нового исследования.

Теперь же, через год после крупнейшего в истории наблюдений гамма-всплеска, с помощью спутниковых наблюдений и специально разработанной аналитической модели, ученые доказали, что GRB 221009A оказал глубокое влияние на проводимость ионосферы Земли, вызвав сильное возмущение не только в нижней части ионосферы, но и в верхней (на высоте около 500 километров).

Световое эхо от гамма-всплеска, создаваемое светом, проходящим сквозь толстый слой пыли по мере его приближения к нам, создает эффект «расширяющегося кольца».

И хотя вероятность событий на уровне вымирания из-за гамма-всплесков считается незначительной, астрофизики признают потенциальные риски, связанные с их огромной мощностью. Но какой именно эффект на ионосферу оказал GRB 221009A и стоит ли беспокоиться?

Влияние гамма-всплеска на ионосферу Земли

Напомним, что ионосфера – ионизированная часть верхних слоев атмосферы Земли, расположенная на высотах примерно от 50 до 1000 км, является важнейшей областью, в которой атмосфера соприкасается с космосом. Ионосфера играет жизненно важную роль в защите нашей планеты от экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, так как ионизирует атмосферные атомы и молекулы, создавая пучок свободных электронов.

Ионосфера также отражает радиоволны, которые мы используем для связи и навигационных систем. Так, во время вспышек на Солнце исследователи фиксируют изменения в нижних слоях ионосферы, что и произошло в случае с «самым мощным взрывом на просторах Вселенной» – по словам авторов научной работы, последствия GRB 221009A сравнимы с последствиями солнечной вспышки.

Эффект от мощнейшего в истории гамма-всплеска стал причиной возмущения земной ионосферы

К счастью, беспокоиться о последствиях мощнейшего гамма-всплеска не стоит – земная атмосфера поглотила его до того, как последнее приблизилось к поверхности. Подобные гамма-всплески, тем не менее, могут взаимодействовать с атмосферой на больших высотах.

Так как ранее влияние гамма-всплесков на всю ионосферу изучено не было, мы использовали спутниковые данные и впервые смогли обнаружить и измерить вариации электромагнитного поля на больших высотах ионосферы, – говорится в работе.

Эффект, все же, был огромным: зафиксированное воздействие на ионосферу сохранялось около 10 часов. Эти данные, по словам исследователей, могут помочь им лучше понять и смоделировать воздействие отдаленных взрывов на атмосферу Земли – и предсказать, что могло бы произойти, если бы один из них произошел поблизости.

Гамма-всплеск произршел в созвездии Стрельца примерно в 2,4 млрд световых лет от нашей планеты

«Беспрецедентный поток фотонов, связанный с GRB 221009A, оказал сильное влияние на проводимость ионосферы Земли», – пишут исследователи. Отметим, что фотоны гамма-излучения обладают энергией, в миллиард-триллион раз превышающей энергию видимых фотонов, и испускаются в результате высокоэнергетических событий.

Атмосфера Земли, стабильность ионизации которой имеет решающее значение для эволюции и выживания жизни, подвергается воздействию космических взрывов, которые производят высокоэнергетические гамма-всплески (GRB).

Фактически, огромное изменение электрического поля ионосферы, вызванное сильным изменением проводимости ионосферы, было обнаружено в верхней части ионосферы (507 километров), но никто… ничего не заметил. Разве наш маленький защитный атмосферный пузырь не прекрасен?

источник