El Telescopio Espacial Integral de la ESA ha detectado una explosión de rayos gamma sin precedentes proveniente de una estrella distante en explosión, causando una perturbación significativa en la ionosfera de la Tierra. Este evento, el más brillante y fuerte de su tipo jamás registrado, llevó a los investigadores a explorar su posible vínculo con extinciones masivas históricas en la Tierra.

Una enorme explosión de rayos gamma, detectada por 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 extinciones masivas en 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, muchos de los satélites de alta energía en órbita cercana a la Tierra, incluido el 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 un estallido de rayos gamma (GRB) procedente 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 detectado 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 las explosiones de rayos gamma

Los estallidos de rayos gamma alguna vez fueron eventos misteriosos, pero ahora se reconoce que son el derramamiento de energía de estrellas en explosión llamadas supernovas, o de la colisión de dos estrellas de neutrones superdensas.

«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 fuerte como GRB 221009A llega a la Tierra sólo una vez cada 10.000 años.

Impacto en la ionosfera de la Tierra

Durante el impacto de rayos gamma que duró 800 segundos, la explosión proporcionó suficiente energía para activar detectores de rayos en la India. Los instrumentos en Alemania detectaron señales de que la explosión perturbó la ionosfera de la Tierra 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 cargados eléctricamente llamados plasma. Se extiende desde unos 50 km hasta 950 km de altitud. Los investigadores se refieren a ella como la ionosfera superior por encima de los 350 km y la ionosfera inferior por debajo. La ionosfera es tan tenue que las naves espaciales pueden mantener órbitas en la mayor parte de la ionosfera.

Observación por primera vez de la perturbación de la ionosfera en la cima

Una de esas naves espaciales es el Satélite Sismo-Electromagnético de China (CSES), también conocido como Zhangheng, una misión espacial chino-italiana. Fue lanzado 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 impacto de la actividad solar en la ionosfera.

Tanto Mirko como Pietro forman parte del equipo científico del CSES y se dieron cuenta de que si el GRB había creado una perturbación, el CSES debería haberlo notado. Pero no podían estar seguros. «Hemos buscado este efecto en otros GRB en el pasado, pero no hemos visto nada», dice Pietro.

Esta ilustración muestra los ingredientes de un estallido largo 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 y 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 hacia el exterior. sube. e interactúa con el medio ambiente (choque externo). Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

En el pasado, se han detectado GRB que afectan 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 creer que, cuando llegó a la Tierra, la explosión de un GRB ya no era lo suficientemente potente como para producir una variación en la conductividad ionosférica, lo que provocó una variación en el campo eléctrico.

Esta vez, sin embargo, cuando los científicos miraron, su suerte fue diferente. El efecto fue obvio 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 maravilloso. Podemos ver cosas que están sucediendo en el espacio profundo y que también afectan a la Tierra», dice Erik Kuulkers, científico del proyecto de la ESA.

Impacto de largo alcance del estallido de rayos gamma

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

Implicaciones para la Tierra

Esta impresión se produjo en forma de un aumento de la ionización en la ionosfera inferior. Fue 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 ha ‘descendió’ a altitudes más bajas, y lo detectamos en la forma en que las ondas de radio rebotan a lo largo de la ionosfera», explica Laura, quien publicó estos resultados en 2022.

Refuerza la idea de que una supernova en nuestra propia galaxia podría tener consecuencias mucho más graves. «Se ha debatido mucho sobre las posibles consecuencias de una explosión de rayos gamma en nuestra propia 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 especula que tal efecto es una posible causa de algunos de los eventos de extinción masiva que han ocurrido en la Tierra en el pasado. Pero para investigar la idea, necesitaremos muchos más datos.

Ahora que saben exactamente qué buscar, el equipo ha comenzado a analizar los datos recopilados por CSES y a correlacionarlos con otros estallidos de rayos gamma observados por Integral. 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 a cómo la Tierra interactúa incluso con el Universo muy distante permanecerá abierta.

Referencia: “Evidencia de una perturbación del campo eléctrico de la ionosfera 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 de noviembre de 2023 , Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41467-023-42551-5