Рекордный космический взрыв был настолько мощным, что потряс атмосферу Земли

Всплеск света от новорожденной черной дыры, находящейся на расстоянии миллиардов световых лет в пространстве и времени, поразил Землю с такой силой, что сотряс верхние слои атмосферы планеты. Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Гамма-всплеск GRB 221009A побил рекорды, когда он вспыхнул в темноте космоса в октябре 2022 года примерно в 2,4 миллиарда световых лет от Земли, его свет сиял энергией до 18 тераэлектронвольт, что считается самым ярким космическим взрывом, когда-либо зарегистрированным. 

Теперь ученые определили, что взрыв был настолько мощным, что вызвал большие изменения в электрическом поле ионосферы Земли на высоте около 500 километров.

«В этой работе мы представляем свидетельства изменения электрического поля ионосферы на высоте около 500 километров, вызванного сильным гамма-всплеском, который произошел 9 октября 2022 года», — пишет группа под руководством астрофизика Мирко Пьерсанти из Университета Л'Акуила и Национального института астрофизики Италии. «Используя как спутниковые наблюдения, так и новую специально разработанную аналитическую модель, мы доказываем, что GRB 221009A глубоко повлиял на проводимость ионосферы Земли, вызывая сильные возмущения не только в нижней ионосфере, но и в верхней ионосфере (на отметке 500 километров)».

Гамма-излучение является наиболее энергичной частью электромагнитного спектра, за ним следует рентгеновское излучение. Гамма-фотоны имеют энергию от миллиарда до триллиона раз больше энергии фотонов в видимой части спектра и испускаются высокоэнергетическими событиями, такими как сверхновые и гиперновые, а также более мелкими энергетическими событиями, такими как солнечные вспышки.

На самом деле, об этом излучении не стоит беспокоиться в повседневной жизни; он поглощается атмосферой Земли, прежде чем сможет приблизиться к поверхности. Вот почему нам нужны космические телескопы, чтобы обнаружить его. Однако он может взаимодействовать с атмосферой на больших высотах.

В редких случаях ученые фиксировали взаимодействие гамма- и рентгеновских лучей от необычайно мощных гамма-всплесков с нижней ионосферой Земли.

Ионосфера — это относительно толстый слой земной атмосферы высотой примерно от 50 до 1000 километров, перекрывающий несколько других слоев атмосферы. Он назван так потому, что это часть атмосферы, где сильное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца ионизируют атомы и молекулы атмосферы, создавая кучу свободных электронов.

Ионосфера отражает радиоволны, которые мы используем для связи и навигации. Когда происходит мощное событие, такое как солнечная вспышка, мы можем записать изменения, которые оно производит в нижней ионосфере, записывая изменения в том, как от нее отражаются очень низкочастотные радиоволны.

Именно так ученые почти сразу же смогли наблюдать изменения в нижней ионосфере на высоте от 60 до 100 километров, что совпало с обнаружением GRB 221009A еще в октябре 2022 года. По их словам, он был настолько мощным, что его последствия были сравнимо с солнечной вспышкой.

Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров. Свет GRB 221009A преодолел 22,7 секстиллиона километров. Это должно сказать вам кое-что о том, насколько мощным был тот взрыв.

Но эффект гамма-всплесков не был изучен на всей ионосфере, поэтому Пьерсанти и его коллеги попытались обнаружить его влияние на верхнюю часть слоя. Для этого они воспользовались спутниковыми данными и впервые смогли обнаружить и измерить изменения электромагнитного поля на больших высотах ионосферы.

На самом деле, эффект был огромным. Сам гамма-всплеск длился всего около 7 минут. Зафиксированное воздействие на ионосферу сохранялось около 10 часов. Знание этого, по словам исследователей, может помочь нам лучше понять и смоделировать воздействие далеких взрывов на атмосферу Земли – и предсказать, что могло бы произойти, если бы такой взрыв произошел неподалеку.

«Беспрецедентный поток фотонов, связанный с GRB221009A, глубоко повлиял на проводимость ионосферы Земли, вызвав сильные возмущения не только в нижней части ионосферы, где это обычно наблюдается с помощью наземных ОНЧ-антенн, но и в верхней части ионосферы (на около 500 километров)», — пишут исследователи. «Фактически, огромное изменение электрического поля ионосферы, вызванное сильным изменением проводимости ионосферы, было обнаружено в верхней части ионосферы (507 километров) в результате воздействия гамма-всплеска».