Вчені довели, що один з найяскравіших гамма-спалахів в історії спостережень, що стався в жовтні 2022 року, вплинув як на нижню, так і на верхню частину іоносфери Землі — оболонки, що захищає нас від космічного випромінювання.
Ілюстрація впливу гамма-спалаху на іоносферу землі у поданні художника/ © ESA / ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO
Іоносфера – іонізована сонячним і космічним випромінюванням верхня частина атмосфери Землі. Вона починається з висоти близько 60 кілометрів і відіграє велику роль у захисті поверхні планети від небезпечного випромінювання, в тому числі від гамма-спалахів, що прилітають з глибин космосу.
Гамма-спалахи – одні з найбільш енергетичних подій у Всесвіті. Вони бувають як короткими, так і тривалими, виникають при загибелі масивних зірок і злитті нейтронних зірок.
Один такий надзвичайно яскравий і тривалий гамма-сплеск-GRB221009A – “долетів” до Землі 9 жовтня 2022 року. Він тривав сотні секунд і був визнаний одним з найяскравіших гамма-сплесків за півстоліття спостережень. Астрономи відразу помітили збурення в нижніх шарах іоносфери, спровоковане спалахом, на висоті від 60 до 350 кілометрів.
У новій роботі, опублікованій в журналі Nature Communications, вчені навели докази сильного збурення і в верхніх шарах іоносфери — на висоті 507 кілометрів. Збурення вловив детектор електричних полів, встановлений на китайському сейсмо-електромагнітному супутнику (CSES), який під час спалаху пролітав по низькій навколоземній орбіті з півночі на південь над територією Європи.
Графік щільності електронів над Європою під час спалаху за даними супутника CSES (зліва). Траєкторія польоту супутника (синя лінія), область, де детектор зреагував на збурення іоносфери (зелена лінія). Червоною крапкою позначена точка “зеніту” гамма-спалаху GRB221009A, сірим – область планети “освітлена” тим гамма-спалахом (праворуч) / © Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-023-42551-5
Отримані з супутника дані говорять про аномальну іонізацію іоносфери. Зазвичай подібні збурення – результат спалахів на Сонці та інших подій, пов’язаних з активністю світила. Автори нового дослідження висунули гіпотезу, що настільки потужне збурення електричного поля іоносфери на висоті 507 кілометрів спровоковано лише зміною щільності плазми через іонізуючий ефект гамма-спалаху.
Щоб перевірити цю версію, дослідники вивчили розподіл щільності електронів в іоносфері над Європою за даними системи супутників GNSS і побудували аналітичну модель впливу гамма-сплесків на електричні поля верхніх шарів іоносфери.
З’ясувалося, що гамма-спалахи не роблять значного впливу до перетин певного порогу в співвідношенні швидкості появи нових іонів під впливом спалаху до природної швидкості поглинання цих іонів в іоносфері. І це підтверджує висунуту раніше гіпотеза про те, що взаємодія гамма-спалахів і верхніх шарів атмосфери — пороговий процес.
Протягом останніх десяти років спеціалізовані супутники «ловлять» в середньому один гамма-спалах в день, але вкрай рідко внаслідок таких сплесків виникають збурення в іоносфері — і жодного разу ці збурення не помічали у верхніх шарах іоносфери.
Незвичайність нового відкриття в тому, що досі вважалося, ніби так сильно збурювати іоносферу можуть тільки події на Сонці. Те, що гамма-спалахи, чиї джерела можуть лежати в мільйонах світлових років від нас, здатні серйозно впливати на Землю, досить несподівано. Оскільки сила гамма-спалахів часто значно різниться, не виключено, що найсильніші з них здатні ще серйозніше впливати на земну атмосферу.