9 октября 2022 года в 16:21 по эстонскому времени чрезвычайно яркий и продолжительный гамма-всплеск (ГВ) был обнаружен многими высокоэнергетическими спутниками на орбите вблизи Земли. В их числе была и миссия Европейского космического агентства Integral.

Эта международная астрофизическая лаборатория гамма-излучения была запущена ЕКА в 2002 году и с тех пор почти каждый день обнаруживает гамма-всплески. Однако ГВ 221009A, как назвали взрыв далекой звезды, был совсем не обычным. "Возможно, это был самый яркий гамма-всплеск, который мы когда-либо обнаруживали", — говорит Мирко Пьерсанти из Университета Л'Акуилы и ведущий автор команды, опубликовавшей результаты анализа.

Гамма-всплески когда-то были загадочными событиями, но теперь известно, что это выброс энергии сверхновых, или столкновение двух сверхплотных нейтронных звезд.

"Мы фиксируем ГВ с 1960-х годов, и это самый сильный из когда-либо измеренных", — говорит соавтор Пьетро Убертини из Национального института астрофизики. Настолько сильный, что его ближайший конкурент в десять раз слабее. По статистике, такой гамма-всплеск, как 221009A, достигает Земли только один раз в 10 000 лет.

За 800 секунд воздействия гамма-лучей всплеск дал достаточно энергии, чтобы активировать детекторы молний в Индии. Приборы в Германии зафиксировали признаки возмущения ионосферы, которые длились несколько часов. Это экстремальное количество энергии натолкнуло команду на мысль изучить влияние всплеска.

Изучая ионосферу

Ионосфера — это слой верхней атмосферы Земли, содержащий электрически заряженные газы, называемые плазмой. Он простирается на высоту от 50 до 950 километров. Все, что находится выше 350 километров ученые называют верхней ионосферой, а все, что ниже, соответственно, нижней. При этом, этот слой атмосферы настолько разрежен, что космические корабли могут удерживать орбиты в большей его части.

Одним из таких космических аппаратов является Китайский сейсмо-электромагнитный спутник (CSES), также известный как Чжанхэн. Эта китайско-итальянская космическая миссия была запущена в 2018 году и с тех пор она отслеживает изменения в электромагнитном поведении верхней части ионосферы. Основная задача аппарата — изучить возможные связи между этими переменами и возникновением сейсмических событий, таких как землетрясения. Кроме того миссия может изучать влияние солнечной активности на ионосферу.

И Пьерсанти, и Убертини являются членами научной группы CSES. Они поняли, что, если ГВ создал возмущение, космический аппарат должен был это зафиксировать. Но они не могли быть уверены. "Раньше мы искали этот эффект у других гамма-всплесков, но ничего подобного не увидели", — говорит Убертини.

В прошлом было зафиксировано влияние ГВ на нижнюю часть ионосферы в ночное время, когда солнечное влияние устранено. Отсутствие наблюдаемого воздействия на верхнюю часть привело к убеждению, что к тому времени, когда всплеск достигает Земли, взрыв уже недостаточно мощный, чтобы вызвать изменение проводимости ионосферы, приводящее к колебанию электрического поля.

Однако на этот раз, эффект ГВ был очевидным. Впервые ученые увидели интенсивное возмущение в виде сильного изменения электрического поля в верхней части ионосферы. "Это потрясающе. Мы можем видеть вещи, которые происходят в глубоком космосе, но также влияют на Землю", — говорит Эрик Куулкерс, научный сотрудник проекта ЕКА.

След далекого взрыва

Этот конкретный ГВ произошел в галактике, находящейся на расстоянии почти 2 миллиардов световых лет от нас. Тем не менее даже спустя все это время, у него было достаточно энергии, чтобы повлиять на Землю. Хотя Солнце обычно является основным источником радиации, достаточно сильным, чтобы воздействовать на ионосферу нашей планеты, этот гамма-всплеск был зафиксирован инструментами, обычно предназначенными для изучения огромных взрывов в атмосфере Солнца, известных как солнечные вспышки. "Примечательно, что это возмущение затронуло самые нижние слои ионосферы Земли, расположенные всего в десятках километров над поверхностью нашей планеты. Оно оставило след, сравнимый с последствиями крупной солнечной вспышки", — говорит Лаура Хейс, научный сотрудник и физик из ЕКА.

Этот след проявился в виде увеличения ионизации в нижней части ионосферы. Он был обнаружен в очень низкочастотных радиосигналах, которые отражаются между поверхностью планеты и нижней ионосферой. "По сути, мы можем сказать, что ионосфера "опустилась" на более низкие высоты, и мы обнаружили это по тому, как отражаются радиоволны", — объясняет Хейс, опубликовавшая эти результаты в 2022 году.

Это подкрепляет идею о том, что сверхновая в нашей галактике может иметь гораздо более серьезные последствия. В худшем случае взрыв не только затронет ионосферу, но и может повредить озоновый слой, позволяя опасному ультрафиолетовому излучению Солнца достичь поверхности Земли. Предполагается, что такое воздействие является возможной причиной некоторых массовых вымираний, которые, как известно, происходили на нашей планете в прошлом. 

Теперь, когда ученые точно знают, что искать, команда уже начала анализировать данные, собранные CSES, и сопоставлять их с другими гамма-всплесками, замеченными миссией Integral. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.