Robbanás a múltból
(Rovat: Űridőjárás, Űrcsillagászat Európában , Távoli világok kutatói - 2023.11.18 07:15.)

A földi ionoszféra tetején is érezhető volt a tavalyi rekorderős gamma-kitörés, a BOAT hatása.

A BOAT csak a jelenség angol becenevének (brightest of all time) rövidítése, a hivatalos elnevezése a sokkal szárazabb GRB 221009A. Az előbbiből az derül ki, hogy ez volt minden idők legfényesebb detektált gamma-felvillanása, az utóbbiból pedig a jelenség feltűnésének napja: 2022. október 9. Még bő egy évvel a kitörés után is jelennek meg szakcikkek a különleges csillagászati eseményről. Most egy olyan tanulmányról adunk hírt, amely a Nature Communications folyóirat hasábjain látott napvilágot, és arról számol be, hogy a gamma-kitörés hatására kimutatható zavar keletkezett a földi ionoszféra felső részén, mintegy 500 km-es magasságban.

Az ionoszféra a Föld légkörének az felső rétege, amely elektromosan töltött részecskéket (plazmát) tartalmaz. A felszín felett nagyjából 50 km-től 950 km-ig terjed. A kutatók általában a 300–350 km feletti részt tekintik az ionoszféra felső részének. Mint a magassági számokból látható, a legalacsonyabb pályákon keringő műholdak, sőt az űrhajók és a Nemzetközi Űrállomás is ebben a régióban „közlekednek”.

Az ionoszférára elsősorban a Napból érkező nagyenergiájú ultraibolya és röntgensugárzás van hatással, esetleg a nagy energiával belépő részecskék okoznak ionizációt. A felsőlégkörben a részecskék sűrűsége már annyira alacsony, hogy a semleges atomok ionizációjakor felszabaduló elektronok hosszú ideig önállóan meg tudnak maradni. Tekintettel arra, hogy az ionoszférát a Nap sugárzása alakítja, a Föld nappali oldalán lényegesen nagyobb a szabad elektronok száma, mint az éjszakain. Azonban ez utóbbi oldalon is megmarad az ionoszféra, az atomok lassú rekombinációja miatt.

Ez alkalommal azonban nem a Nap, hanem egy igen távoli, kb. 2 milliárd fényévre levő csillag hatalmas robbanása okozott kimutatható zavart bolygónk légkörének felső, ionizált részecskéket tartalmazó rétegében.

Az Európai Űrügynökség (ESA) 2002 óta működő Integral (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) űrteleszkópja a legnagyobb energiájú, a gamma-tartományba eső elektromágneses sugárzásra érzékeny. Eddigi hosszú pályafutása alatt már rengeteg gamma-kitörést észlelt, így a GRB 221009A-t is. (Idén márciusban írtunk arról is, hogy a magyar vezetéssel készült GRBAlpha CubeSat is sikeresen detektálta a kitörést. Mivel a kis műhold detektora nem ment telítésbe még a rekordfényes eseménynél sem, így – más űreszközökkel összehasonlítva – sikerült pontosabb mérést végezni vele a kitörés fluxusára.) (Integral fantáziakép: ESA / D. Ducros)

Az egykor rejtélyesnek számító gamma-felvillanásokat (gamma-ray burst, GRB) az 1960-as években észlelték először, méghozzá egészen más célból, a hidegháború idején a nukleáris teszteket tiltó nemzetközi egyezmények betartásának ellenőrzésére felbocsátott műholdakkal. Mára a csillagászok kiderítették, hogy a hosszabb ideig tartó kitörések nagy tömegű csillagok végső megsemmisülésekor, robbanásakor jöhetnek létre, a rövid kitöréseket pedig két neutroncsillag, esetleg egy neutroncsillag–fekete lyuk páros összeolvadása okozza.

GRB 221009A egy hosszú kitörés volt, mintegy 800 másodpercen át tartott, intenzitása pedig egy nagyságrenddel felülmúlta a sorban utána következő gamma-felvillanásét. Statisztikai becslések szerint az ehhez mérhetően fényes gamma-kitörések átlagosan 10 ezer évente érhetik el a Földet. A mitegy 13 perces égi jelenség energiájára jellemző, hogy Indiában például villámdetektorokat aktivált, Németországban pedig több órás ionoszféra-zavarokat mutattak ki. Egy olasz vezetésű kutatócsoport ezért elhatározta, hogy megpróbálja kideríteni, okozott-e valamiféle mérhető változást a „szuperkitörés– a felső ionoszférában is. Korábban már próbálták kimutatni más – szükségképpen kevésbé intenzív – GRB-k efféle hatását, de eddig sikertelenül. (Régebben csak az ionoszféra alsó részén keletkezett zavarokat sikerült néhány esetben gamma-kitörésekkel kapcsolatba hozni.)

A mérésekhez a kínai–olasz együttműködésben készült, 2018-ban elindított CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite) műholdat (más néven Csangheng-1, Zhangheng-1) használták. Ez az alacsony pályán keringő űreszköz az ionoszféra felső részének zavarait vizsgálja, a fő célja ezeknek és földrengéseknek a lehetséges kapcsolatát kimutatni. De a műhold alkalmas a naptevékenység ionoszférára gyakorolt ​​hatásának vizsgálatára is.

Fantáziakép arról, ahogy gamma-kitörés fotonjai elérik a Föld légkörét. A rajzon az Integral (balra) és a Csangheng-1 (jobbra) műholdak is feltűnnek. (Kép: ESA / ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO)

A kutatók erőfeszítéseit siker koronázta, egyértelműen ki tudták mutatni a Csangheng-1 adataiban a rekorderős gamma-felvillanás hatását. Igazából elképesztőnek találták, hogy a távoli Univerzumban 2 milliárd évvel ezelőtt bekövetkezett eseménynek ilyen közvetlen hatása lehet a Földnél. Mindez megerősíti azt az elképzelést, hogy egy esetleges szupernóva-robbanásnak és a vele járó gamma-kitörésnek a saját galaxisunkban, a Tejútrendszerben sokkal súlyosabb következményei lehetnek. Egy ilyen elképzelt közeli kitörés nemcsak az ionoszférát érintené, hanem az ózonréteget is károsítaná. Emiatt a Napból érkező veszélyes ultraibolya sugárzás eljuthatna a Föld felszínére. Egyes kutatók azt is feltételezik, hogy efféle oka lehetett a Földön a múltban lezajlott néhány tömeges kihalási eseményeknek is, de a vizsgálatához sokkal több adatra lesz szükség. Most, hogy pontosan tudják, mit kell keresniük, a kutatócsoport tagjai már elkezdték visszanézni a Csangheng-1 műhold által gyűjtött adatokat, és korrelálni azokat az Integral által detektált többi gamma-kitöréssel. Bár időben csak 2018-ig, a kínai–olasz műhold működésének kezdetéig mehetnek vissza, már terveznek egy küldetést, amelynek révén fény derülhet a Föld és a nagyon távoli Univerzum kölcsönhatásaira.