Das Integrierte Weltraumteleskop der ESA hat einen beispiellosen Gammastrahlenausbruch eines entfernten explodierenden Sterns entdeckt, der große Störungen in der Ionosphäre der Erde verursacht. Dieses Ereignis, das hellste und stärkste Ereignis seiner Art, das jemals aufgezeichnet wurde, hat Forscher dazu veranlasst, seinen möglichen Zusammenhang mit historischen Massenaussterben auf der Erde zu untersuchen.
Ein gewaltiger Gammastrahlenausbruch wurde von entdeckt Das integrierte Weltraumteleskop der ESA, auf den Boden aufschlagen. Die Explosion verursachte eine große Störung in der Ionosphäre unseres Planeten. Solche Störungen werden normalerweise mit energiereichen Teilchenereignissen auf der Sonne in Verbindung gebracht, aber dieses Ereignis war das Ergebnis der Explosion eines etwa zwei Milliarden Lichtjahre entfernten Sterns. Die Analyse der Auswirkungen der Explosion könnte Aufschluss über Massenaussterben in der Erdgeschichte geben.
Erkennung der hellsten Gammastrahlenausbrüche
Am 9. Oktober 2022 um 14:21 GMT/15:21 MESZ wurde ein extrem heller und langlebiger Gammastrahlenausbruch (GRB) von mehreren Hochenergiesatelliten in erdnaher Umlaufbahn entdeckt, darunter auch vom ESA-Mondsatelliten Integral. eine Aufgabe.
Die künstlerische Darstellung zeigt die Auswirkungen eines starken Gammastrahlenausbruchs, der die Ionosphäre unseres Planeten stark störte. Dies ist das Ergebnis eines Gammastrahlenausbruchs (GRB), der aus der Supernova-Explosion eines Sterns in einer etwa zwei Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie resultiert. Quelle: ESA/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO
Das International Gamma-ray Astrophysical Laboratory (INTEGRAL) wurde 2002 von der Europäischen Weltraumorganisation ins Leben gerufen und hat seitdem fast täglich Gammastrahlenausbrüche entdeckt. Allerdings war GRB 221009A, wie die Explosion genannt wurde, alles andere als gewöhnlich. „Das war wahrscheinlich der hellste Gammastrahlenausbruch, den wir je entdeckt haben“, sagt Mirco Piersanti von der Universität L’Aquila in Italien und Hauptautor des Teams, das diese Ergebnisse veröffentlichte.
Gammastrahlenausbrüche verstehen
Gammastrahlenausbrüche waren früher ein mysteriöses Ereignis, heute weiß man aber, dass es sich um Energieausbrüche von explodierenden Sternen, sogenannten Supernovas, oder um die Kollision zweier ultradichter Neutronensterne handelt.
„Wir messen seit den 1960er Jahren Gammastrahlenausbrüche, und dies ist der stärkste, der jemals gemessen wurde“, sagt Co-Autor Pietro Ubertini vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom, Italien, und Hauptforscher des IBIS-Instruments von Intergral. So mächtig, dass sein ärgster Konkurrent zehnmal schwächer ist. Statistisch gesehen erreichen leistungsstarke GRBs wie GRB 221009A die Erde nur einmal alle 10.000 Jahre.
Auswirkungen auf die Ionosphäre der Erde
Während der 800 Sekunden, in denen die Gammastrahlen einschlugen, lieferte die Explosion genug Energie, um Blitzdetektoren in Indien zu aktivieren. Geräte in Deutschland haben Signale empfangen, die darauf hindeuten, dass die Ionosphäre der Erde durch die Explosion mehrere Stunden lang gestört war. Diese enorme Energiemenge brachte das Team auf die Idee, nach den Auswirkungen der Explosion auf die Ionosphäre der Erde zu suchen.
Die Ionosphäre ist die Schicht der oberen Erdatmosphäre, die elektrisch geladene Gase enthält, die als … bezeichnet werden. Plasma. Seine Höhe reicht von etwa 50 km bis 950 km. Forscher bezeichnen sie oberhalb von 350 km als die obere Seite der Ionosphäre, darunter als die untere Seite der Ionosphäre. Die Ionosphäre ist so zerbrechlich, dass Raumfahrzeuge den größten Teil der Ionosphäre umkreisen können.
Erste Beobachtung einer ionosphärischen Störung auf der Oberseite
Ein solches Raumschiff ist der China Electromagnetic Seismic Satellite (CSES), auch bekannt als Zhangheng, eine chinesisch-italienische Weltraummission. Es wurde 2018 ins Leben gerufen und überwacht die Oberseite der Ionosphäre auf Veränderungen in ihrem elektromagnetischen Verhalten. Seine Hauptaufgabe besteht darin, mögliche Zusammenhänge zwischen Veränderungen in der Ionosphäre und dem Auftreten seismischer Ereignisse wie Erdbeben zu untersuchen, es kann aber auch die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Ionosphäre untersuchen.
Sowohl Mirko als auch Petro sind Teil des CSES-Wissenschaftsteams und sie erkannten, dass CSES es sehen musste, wenn die GRB-Explosionen eine Störung verursachen würden. Aber sie konnten nicht sicher sein. „Wir haben in der Vergangenheit nach diesem Effekt bei anderen Gammastrahlenausbrüchen gesucht, aber wir haben nichts gesehen“, sagt Pietro.
Diese Abbildung zeigt die Komponenten langer Gammastrahlenausbrüche, der häufigsten Art. Der Kern eines massereichen Sterns (links) kollabierte und bildete ein Schwarzes Loch, das einen Teilchenstrom aussandte, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den kollabierten Stern in den Weltraum bewegte. Strahlung im gesamten Spektrum stammt von heißem ionisiertem Gas (Plasma) in der Nähe des neugeborenen Schwarzen Lochs, von Kollisionen zwischen Hüllen aus sich schnell bewegendem Gas innerhalb des Jets (innere Stoßwellen) und von der Vorderkante des Jets, wenn dieser nach oben streicht und interagiert mit seiner Umgebung (externe Stoßwellen). Quelle: NASA Goddard Space Flight Center
In der Vergangenheit wurde beobachtet, dass GRBs nachts, wenn der Sonneneinfluss entfernt ist, auf die Unterseite der Ionosphäre einwirken, jedoch nie auf die Oberseite. Dies hat zu der Annahme geführt, dass die Explosion der GRBs zu dem Zeitpunkt, als die Explosion die Erde erreichte, nicht mehr stark genug war, um eine Änderung der ionosphärischen Leitfähigkeit zu verursachen, was zu einem Unterschied im elektrischen Feld führte.
Doch als die Wissenschaftler dieses Mal hinsahen, war ihr Glück anders. Der Effekt war klar und stark. Zum ersten Mal überhaupt sahen sie eine starke Störung in Form einer starken Variation des elektrischen Feldes an der Oberseite der Ionosphäre. „Es ist erstaunlich. Wir können Dinge sehen, die im Weltraum passieren, aber sie wirken sich auch auf die Erde aus“, sagt Eric Kolkers, ESA-Projektwissenschaftler.
Die Wirkung eines Gammastrahlenausbruchs ist weitreichend
Konkret ereigneten sich diese Explosionen in einer Galaxie, die etwa zwei Milliarden Lichtjahre entfernt war – also vor zwei Milliarden Jahren – und dennoch über genügend Energie verfügte, um die Erde zu treffen. Während die Sonne normalerweise die primäre Strahlungsquelle ist, die stark genug ist, um die Ionosphäre der Erde zu beeinflussen, lösten GRBs Instrumente aus, die im Allgemeinen der Untersuchung massiver Explosionen in der Sonnenatmosphäre gewidmet sind, die als Sonneneruptionen bekannt sind. „Es ist bemerkenswert, dass diese Störung die unteren Schichten der Ionosphäre der Erde beeinflusste, die sich nur Dutzende Kilometer über der Oberfläche unseres Planeten befindet, und eine Signatur hinterließ, die der einer großen Sonneneruption ähnelt“, sagt Laura Hayes, eine Forschungsmitarbeiterin und Sonnenphysiker bei der Europäischen Weltraumorganisation.
Auswirkungen vor Ort
Diese Signatur erfolgte in Form einer Zunahme der Ionisierung an der Unterseite der Ionosphäre. Es wurde in sehr niederfrequenten Radiosignalen entdeckt, die zwischen der Erde und der unteren Ionosphäre der Erde hin- und herspringen. „Grundsätzlich könnten wir sagen, dass sich die Ionosphäre in tiefere Höhen ‚bewegt‘, und wir haben dies daran entdeckt, wie Radiowellen entlang der Ionosphäre reflektiert werden“, erklärt Laura Diese Ergebnisse wurden veröffentlicht Im Jahr 2022.
Es bestärkt die Vorstellung, dass eine Supernova in unserer Galaxie schwerwiegendere Folgen haben könnte. „Es gab viele Kontroversen über die möglichen Folgen eines Gammastrahlenausbruchs in unserer Galaxie“, sagt Mirko.
Im schlimmsten Fall würde die Explosion nicht nur die Ionosphäre beeinträchtigen, sondern könnte auch die Ozonschicht schädigen, sodass gefährliche ultraviolette Strahlen der Sonne die Erdoberfläche erreichen könnten. Es wurde spekuliert, dass ein solcher Effekt wahrscheinlich die Ursache für einige bekannte Massenaussterben ist, die es in der Vergangenheit auf der Erde gegeben hat. Aber um diese Idee zu untersuchen, benötigen wir mehr Daten.
Nachdem sie nun genau wissen, wonach sie suchen müssen, hat das Team bereits damit begonnen, die von CSES gesammelten Daten erneut zu untersuchen und sie mit anderen Gammastrahlenausbrüchen zu korrelieren, die Integral beobachtet hat. Und obwohl sie nur bis ins Jahr 2018 zurückreichen können, als CSES gestartet wurde, ist bereits eine Folgemission geplant, die sicherstellt, dass dieses faszinierende neue Fenster zur Art und Weise, wie die Erde sogar mit dem sehr weit entfernten Universum interagiert, nun offen bleibt.
Referenz: „Beweise für eine Störung des oberen ionischen elektrischen Feldes im Zusammenhang mit einem Gammastrahlenausbruch“ von 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, Bergio 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 und Paolo Zuccone, 14. November 2023 , Naturkommunikation.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5