تعرضت الأرض لانفجارات تاريخية لأشعة جاما من نجم منفجر

تم اكتشاف انفجار هائل من أشعة جاما التلسكوب الفضائي المتكامل التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، ضرب الأرض. تسبب هذا الانفجار في اضطرابات كبيرة في الغلاف الأيوني لكوكبنا. عادة ما ترتبط مثل هذه الاضطرابات بأحداث جسيمية نشطة في الشمس، ولكن هذا الحدث هو نتيجة انفجار نجم على بعد حوالي ملياري سنة ضوئية. يمكن أن يوفر تحليل آثار الانفجار معلومات حول الانقراضات الجماعية في تاريخ الأرض.

الكشف عن انفجارات أشعة جاما الساطعة

في الساعة 14:21 بتوقيت جرينتش / 15:21 بتوقيت وسط أوروبا الصيفي في 9 أكتوبر 2022، تم اكتشاف انفجار أشعة جاما شديد السطوع والمستدام (GRB) بواسطة العديد من الأقمار الصناعية عالية الطاقة في مدار قريب من الأرض، بما في ذلك القمر الصناعي إنتغرال التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. مهمة.

يصور العمل الفني تأثير انفجار قوي من أشعة جاما التي تسببت في اضطرابات كبيرة في الغلاف الأيوني لكوكبنا. وهو نتيجة لانفجار أشعة غاما (GRB) الناتج عن انفجار مستعر أعظم لنجم في مجرة ​​تبعد حوالي ملياري سنة ضوئية. المصدر: وكالة الفضاء الأوروبية/ATG أوروبا؛ CC BY-SA 3.0 IGO

أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية المرصد الدولي للفيزياء الفلكية لأشعة جاما (المتكامل) في عام 2002، وهو يكتشف انفجارات أشعة جاما كل يوم تقريبًا منذ ذلك الوقت. ومع ذلك، فإن انفجار GRB 221009A، كما تم تسميته، كان عاديًا. يقول ميركو بيرسانتي، من جامعة لاكويلا في إيطاليا والمؤلف الرئيسي للفريق الذي نشر النتائج: “ربما يكون هذا هو ألمع انفجار لأشعة جاما اكتشفناه على الإطلاق”.

فهم انفجارات أشعة جاما

كانت انفجارات أشعة جاما ذات يوم ظاهرة غامضة، ولكن من المعروف الآن أنها طاقة صادرة عن انفجار نجوم تسمى المستعرات الأعظم، أو من اصطدام نجمين نيوترونيين كثيفين للغاية.

يقول المؤلف المشارك بيترو أوبرتيني، من المعهد الوطني للفيزياء الفلكية في روما بإيطاليا، والباحث الرئيسي في أداة IBIS التابعة لشركة Intergral: “لقد قمنا بقياس انفجارات أشعة غاما منذ الستينيات، وهذا هو الأقوى الذي تم قياسه على الإطلاق”. وهو قوي للغاية في الواقع، حتى أن أقرب منافس له على الإطلاق أضعف منه بعشر مرات. إحصائيًا، تصل انفجارات GRB بقوة GRB 221009A إلى الأرض مرة واحدة فقط كل 10000 عام.

التأثير على الغلاف الأيوني للأرض

وفي غضون 800 ثانية من سقوط أشعة جاما، وفّر الانفجار طاقة كافية لتنشيط أجهزة كشف البرق في الهند. والتقطت الأجهزة في ألمانيا إشارات تشير إلى أن الغلاف الأيوني للأرض قد تعرض للاضطراب بسبب الانفجار لعدة ساعات. أعطت هذه الطاقة الشديدة للفريق فكرة البحث عن تأثيرات الانفجار على الغلاف الأيوني للأرض.

الأيونوسفير هو طبقة الغلاف الجوي العلوي للأرض التي تحتوي على غازات مشحونة كهربائيا بلازما. ويمتد ارتفاعه من حوالي 50 كم إلى 950 كم. يشير الباحثون إليه فوق 350 كيلومترًا باسم الجانب العلوي من الأيونوسفير، وتحت ذلك باسم الجانب السفلي من الأيونوسفير. الغلاف الأيوني ضعيف جدًا بحيث يمكن للمركبة الفضائية الحفاظ على مداره فوق معظم الغلاف الأيوني.

المراقبة لأول مرة لاضطرابات الغلاف الأيوني العلوي

إحدى هذه المركبات الفضائية هي القمر الصناعي الصيني للرصد الزلزالي الكهرومغناطيسي (CSES)، المعروف أيضًا باسم Zhongheng، وهو مهمة فضائية صينية إيطالية. تم إطلاقه في عام 2018 ويراقب الجانب العلوي من الغلاف الأيوني لمعرفة التغيرات في سلوكه الكهرومغناطيسي. وتتمثل مهمتها الأساسية في دراسة الروابط المحتملة بين التغيرات في الغلاف الأيوني والأحداث الزلزالية مثل الزلازل، ولكن يمكنها أيضًا دراسة تأثير النشاط الشمسي على الغلاف الأيوني.

يعد كل من ميركو وبيترو جزءًا من الفريق العلمي لـ CSES، وقد أدركا أنه إذا تسببت انفجارات GRB في حدوث اضطراب، فيجب على CSES رؤيته. لكنهم لم يستطيعوا الجزم بذلك. يقول بيترو: “لقد بحثنا عن هذا التأثير من انفجارات أشعة غاما الأخرى في الماضي، لكننا لم نر أيًا منها”.

يوضح هذا المثال الأجسام الناتجة عن انفجارات أشعة جاما الطويلة، وهو النوع الأكثر شيوعًا. ينهار قلب نجم ضخم (يسار) ليشكل ثقبًا أسود يرسل دفقًا من الجسيمات عبر النجم المنهار إلى الفضاء. الإشعاع عبر الطيف، والغاز المتأين الساخن (البلازما) بالقرب من الثقب الأسود الوليد، والاصطدامات بين قذائف الغاز سريعة الحركة داخل النفث (موجات الصدمة الداخلية) والارتفاع من الحافة الأمامية للنفث أثناء صعوده. ويتفاعل مع محيطه (صدمة خارجية). المصدر: مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

في الماضي، أثرت انفجارات GRB على الجانب السفلي من الغلاف الأيوني ليلاً عندما يتم إزالة التأثير الشمسي، ولكن ليس على الجانب العلوي. وقد أدى هذا إلى الاعتقاد بأنه بحلول الوقت الذي تصل فيه انفجارات GRB إلى الأرض، لن تكون قوية بما يكفي لإنتاج تباين في الموصلية الأيونوسفيرية الذي يؤدي إلى تباين في المجال الكهربائي.

لكن هذه المرة عندما رأى العلماء أن حظهم كان مختلفا. وكان التأثير واضحا وقويا. ولأول مرة، لاحظوا اضطرابًا قويًا في الجانب العلوي من الغلاف الأيوني على شكل اختلاف قوي في المجال الكهربائي. يقول إريك جولكرز، عالم مشروع وكالة الفضاء الأوروبية: “إنه أمر رائع. يمكننا أن نرى أشياء تحدث في الفضاء السحيق، ولكنها تؤثر أيضًا على الأرض”.

التأثير التلسكوبي لانفجارات أشعة جاما

حدث هذا النوع من انفجارات GRB في مجرة ​​تبعد حوالي 2 مليار سنة ضوئية – أي منذ ملياري سنة – ومع ذلك كان لديه ما يكفي من الطاقة للارتطام بالأرض. على الرغم من أن الشمس عادة ما تكون المصدر الرئيسي للإشعاع القوي بما يكفي للتأثير على الغلاف الأيوني للأرض، إلا أن هذه الأدوات التي تطلقها انفجارات GRB عادة ما تكون مخصصة لدراسة الانفجارات الضخمة في الغلاف الجوي للشمس والتي تسمى التوهجات الشمسية. تقول لورا هايز، زميلة البحث وعالمة الفيزياء الشمسية في وكالة الفضاء الأوروبية: “لقد أثر هذا الاضطراب على وجه الخصوص على الطبقات الدنيا من الغلاف الأيوني للأرض، والتي تقع على بعد عشرات الكيلومترات من سطح كوكبنا، مما ترك بصمة مماثلة للتوهج الشمسي الكبير”.

الآثار المترتبة على الأرض

وجاء هذا المحور على شكل زيادة التأين في الجانب السفلي من الأيونوسفير. تم اكتشافه في إشارات الراديو ذات التردد المنخفض جدًا التي ترتد بين الأرض والغلاف الأيوني السفلي للأرض. تشرح لورا: “في الأساس، يمكننا القول أن الغلاف الأيوني “انتقل” إلى ارتفاع أقل، واكتشفنا كيف ارتدت موجات الراديو حول الغلاف الأيوني”. نشرت هذه النتائج في عام 2022.

وهذا يعزز فكرة أن المستعر الأعظم يمكن أن يكون له تأثيرات خطيرة للغاية على مجرتنا. يقول ميركو: “هناك قدر كبير من الجدل حول التأثيرات المحتملة لانفجارات أشعة جاما على مجرتنا”.

وفي أسوأ السيناريوهات، لن يؤثر الانفجار على الغلاف الأيوني فحسب، بل سيلحق الضرر أيضًا بطبقة الأوزون، التي تسمح للأشعة فوق البنفسجية الخطيرة من الشمس بالوصول إلى سطح الأرض. وقد تم التكهن بأن مثل هذا التأثير هو السبب المحتمل لبعض أحداث الانقراض الجماعي المعروفة التي حدثت على الأرض في الماضي. لكن لاستكشاف الفكرة، نحتاج إلى المزيد من البيانات.

الآن بعد أن عرفوا ما الذي يجب البحث عنه، بدأ الفريق بالفعل في النظر إلى البيانات التي جمعها CSES وربطها مع انفجارات أشعة جاما الأخرى التي رصدتها Integral. على الرغم من أنها لا يمكن أن تصل إلى أبعد من عام 2018، إلا أنه عندما تم إطلاق CSES، تم التخطيط بالفعل لمهمة متابعة، والتي ستفتح الآن هذه النافذة الجديدة الرائعة على الطريقة التي تتفاعل بها الأرض مع الكون البعيد.

ملحوظة: ميركو بيرسانتي، بيترو أوبرتيني، روبرتو باتيستون، أنجيلا باسانو، جوليا دانجيلو، جيمس جي. “دليل على ارتباك المجال الكهربائي الأيوني العلوي المرتبط بانفجارات أشعة جاما” بقلم رودي، بييرو دييغو، روشيما، سيبر ديرنت، ديفيد بادوني، سيمونا بارتوسي، ستيفانيا بيول، إيجور بيرتيلو، ويليام ج. برجر، دوناتيلا كامبانا، أنطونيو سيكوني، بييرو سيبولوني، سيلفيا كولي، ليفيو كونتي، أندريا كونتي، ماركو كريستوفوريتي، فابريزيو دي أنجيليس، سانتيسيو دي أنجيليس، أندريا دي لوكا، إميليانو فيورنزا، فرانشيسكو ماريا فوليجا، جوزيبي جيبيا، روبرتو إيبا، أليسا ندرو. ليجا، ماركو لولي، برونو مارتينو، ماتيو مارتوتشي، جوزيبي ماسيانتونيو، ماتيو ميرس، ماركو ميسيانتونيو، ماتيو ميرسي، ماركو ميسي، ألفريديوس كوبيليوس، نيبريوسوبيوس، نوبريكوبيوس، نوبريسوبيوس، نوبريكوبيوس، نيبريوس، فوليوس، سيلي، ألبرتو أوليفا، جوزيبي أستيريا، فرانشيسكو. بالما، فيديريكو بالموناري، بياتريس بانيكو، إيمانويل بابيني، ألكسندرا بارمنتييه، ستيفانيا بيرسيبالي، فرانشيسكو بيرفيتو، أليسيو بيرينيلي، بيرجيورجيو بيكوزا، ميشيل تاركوزيو ريكوستر، مارشيو ريكوستر آي سي سي، سيرجيو بي ريتشاريني، أندريا روسي، زليكا سحنون، أمبرتو سافينو، فالنتينا سكوتي. ، شوهوي شين، أليساندرو سوتجيو، روبرتا سبارفولي، سيلفيا توفاني، نيلو فيرتولي، فيرونيكا فيلونا، فينتشنزو فيتالي، أوغو زانولي، 2 نوفمبر، 20 زونا زانوكون التواصل الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41467-023-42551-5