地球は星の爆発による歴史的なガンマ線バーストに見舞われた

大規模なガンマ線バーストが発見されたのは、 ESAの統合宇宙望遠鏡、地面にぶつかります。 この爆発は私たちの惑星の電離層に大きな混乱を引き起こしました。 このような摂動は通常、太陽上の高エネルギー粒子事象に関連していますが、この事象はおよそ 20 億光年離れた星の爆発の結果でした。 爆発の影響を分析すれば、地球の歴史における大量絶滅に関する情報が得られる可能性がある。

最も明るいガンマ線バーストの検出

2022年10月9日のグリニッジ標準時14時21分/中央ヨーロッパ標準時15時21分に、非常に明るく長時間持続するガンマ線バースト（GRB）が、月ESAのインテグラル衛星を含む地球近傍軌道上の複数の高エネルギー衛星によって検出されました。 仕事。

この芸術的な印象は、地球の電離層を大きく乱した強力なガンマ線バーストの影響を表しています。 これは、約 20 億光年離れた銀河にある星の超新星爆発に起因するガンマ線バースト (GRB) の結果です。 出典: ESA/ATG ヨーロッパ。 CC BY-SA 3.0 IGO

国際ガンマ線天体物理研究所 (INTEGRAL) は 2002 年に欧州宇宙機関によって設立され、それ以来ほぼ毎日ガンマ線バーストを検出してきました。 しかし、GRB 221009A は、爆発と呼ばれていたように、決して普通のものではありませんでした。 「これはおそらく、これまでに検出された中で最も明るいガンマ線バーストでした」と、イタリアのラクイラ大学のミルコ・ピエルサンティ氏は言う。

ガンマ線バーストを理解する

ガンマ線バーストはかつては神秘的な現象でしたが、現在では超新星と呼ばれる星の爆発、または 2 つの超高密度の中性子星の衝突によるエネルギーの噴出であることが知られています。

「私たちは 1960 年代からガンマ線バーストを測定してきましたが、これはこれまでに測定された中で最も強力なものです」と共著者であり、イタリアのローマにある国立天体物理学研究所のピエトロ・ウベルティーニ氏は述べています。 実際、非常に強力なので、これまでで最も近いライバルは10倍弱いです。 統計的には、GRB 221009A のような強力な GRB が地球に到達するのは 10,000 年に 1 回だけです。

地球の電離層への影響

ガンマ線が衝突した 800 秒間、爆発はインドの雷探知機を作動させるのに十分なエネルギーを提供しました。 ドイツの装置は、爆発により地球の電離層が数時間にわたって乱れたことを示す信号を受信した。 この膨大な量のエネルギーは、チームに地球の電離層に対する爆発の影響を調べるというアイデアを与えました。

電離層は、電気を帯びたガスを含む地球の上層大気の層です。 プラズマ。 その高さは約50kmから950kmに及びます。 研究者らは、これを 350 km より上の電離層の上側、それより下の電離層の下側と呼んでいます。 電離層は非常に壊れやすいため、宇宙船は電離層の大部分を周回できます。

上層の電離層擾乱を初観測

そのような宇宙船の 1 つが、中国とイタリアの宇宙ミッションである中国電磁地震衛星 (CSES) (別名 Zhangheng) です。 2018年に打ち上げられ、電離層の上層部の電磁的挙動の変化を監視しています。 その主な使命は、電離層の変化と地震などの地震現象の発生との間の考えられる関連性を研究することですが、太陽活動が電離層に及ぼす影響を研究することもできます。

ミルコとペトロはどちらも CSES 科学チームの一員であり、GRB の爆発が混乱を引き起こした場合、CSES がそれを確認する必要があることに気づいていました。 しかし、彼らには確信が持てませんでした。 「私たちは過去に他のガンマ線バーストからこの影響を探しましたが、何も見つかりませんでした」とピエトロ氏は言う。

この図は、最も一般的なタイプである長いガンマ線バーストの構成要素を示しています。 巨大な星（左）の核が崩壊してブラックホールを形成し、粒子の流れが崩壊した星を通ってほぼ光の速度で宇宙に放出されました。 スペクトル全体の放射線は、生まれたばかりのブラック ホール近くの高温電離ガス (プラズマ)、ジェット内の高速移動ガスの殻間の衝突 (内部衝撃波)、およびジェットが上向きに掃引して相互作用する際のジェットの前縁から発生します。周囲（外部衝撃波）との関係。 出典: NASA ゴダード宇宙飛行センター

過去には、太陽光の影響が除去される夜間に、GRB が電離層の下側に衝突することが観察されましたが、上側には衝突しませんでした。 このことから、爆風が地球に到達する頃には、GRBからの爆風は電離層の伝導度の変化を引き起こし、電場の違いを引き起こすほど強くはなくなっていたと考えられるようになった。

しかし今回、科学者たちが調べてみると、彼らの運は違っていました。 効果は明確で強力でした。 彼らは電離層の上面で電場の強い変動という形で激しい擾乱を初めて観測した。 「それは驚くべきことです。私たちは深宇宙で起こっていることを見ることができますが、それらは地球にも影響を与えます」とESAプロジェクト科学者のエリック・コルカーズは言います。

ガンマ線バーストの影響は長距離に及ぶ

具体的には、これらの爆発は、約 20 億年前、約 20 億光年離れた銀河で発生しましたが、まだ地球に影響を与えるのに十分なエネルギーを持っていました。 通常、太陽は地球の電離層に影響を与えるほど強力な放射線の主な発生源ですが、GRB は一般に太陽フレアとして知られる太陽の大気中での大規模な爆発の研究に特化した機器に火をつけました。 「この擾乱が、地球の表面からわずか数十キロメートルに位置する地球の電離層の下層に影響を及ぼし、大規模な太陽フレアと同様の痕跡を残したということは注目に値します」と研究員のローラ・ヘイズは言う。そして欧州宇宙機関の太陽物理学者でもあります。」

現場での影響

この兆候は、電離層の下側での電離の増加という形で現れました。 それは、地球と地球の下部電離層の間で跳ね返る非常に低い周波数の無線信号で検出されました。 「基本的に、電離層はより低い高度に『移動』したと言えます。これは、電波が電離層に沿って跳ね返る様子からわかりました」とローラ氏は説明します。 この結果が公表されました 2022年に。

これは、私たちの銀河系で超新星が発生すると、より深刻な結果をもたらす可能性があるという考えを裏付けるものです。 「私たちの銀河系でのガンマ線バーストの起こり得る影響については、多くの論争がありました」とミルコ氏は言う。

最悪の場合、爆発は電離層に影響を与えるだけでなく、オゾン層にダメージを与え、太陽からの危険な紫外線が地表に到達する可能性があります。 このような影響が、過去に地球上で起こったいくつかの既知の大量絶滅の原因である可能性が高いと推測されています。 しかし、このアイデアを調査するには、さらに多くのデータが必要です。

何を調べればよいのか正確にわかったので、チームはすでに CSES によって収集されたデータを再度調べ、それをインテグラルが観測した他のガンマ線バーストと関連付け始めています。 そして、CSESが発足した2018年までしか遡ることができませんが、フォローアップミッションはすでに計画されており、地球と非常に遠い宇宙との相互作用に関するこの魅力的な新しい窓が今後も開かれることを保証します。

参考文献: 「ガンマ線バーストに伴う上部イオン電場の摂動の証拠」Mirco Piersanti、Pietro Ubertini、Roberto Battiston、Angela Bazzano、Giulia D’Angelo、James J. Ruddy、Piero Diego、Zima Zerin、Robertoアメンドラ、ダビデ パドーニ、シモナ バルトゥッチ、ステファニア ピオリ、イーゴリ ベルティージョ、ウィリアム J. ベルガー、ドナテッラ・カンパーナ、アントニオ・チッコーネ、ピエロ・チポローネ、シルヴィア・コッリ、リヴィオ・コンティ、アンドレア・コンティン、マルコ・クリストフォレッティ、ファブリツィオ・デ・アンジェリス、チンツィア・ディ・ドナート、クリスチャン・デ・サンティス、アンドレア・デ・ルーカ、エミリアーノ・フィオレンツァ、フランチェスコ・マリア・フォレガ、ジュゼッペ・ゲッビア、ロベルトヨバ、アレッサンドロ・レガ、マルコ・ロリ、ブルーノ・マルティーノ、マッテオ・マルトゥッチ、ジュゼッペ・マッシアントーニオ、マッテオ・メルジ、マルコ・メッシ、アルフレッド・モルビディーニ、コラリー・ノイブザー、フランチェスコ・ノッツォーリ、ファブリツィオ・ノチェッリ、アルベルト・オリバ、ジュゼッペ・オーストリア、フランチェスコ・パルマ、フェデリコ・パルモナリ、ベアトリス・パニコ、エマヌエーレ・バビーニ、アレクサンドラ・パルマンティエ、ステファニア・ペルシバリ、フランチェスコ・ペルフェット、アレッシオ・ペリネッリ、ピエルジオ・ピコッツァ、ミケーレ・ポッツァート、ジャンマリア・リブスティーニ、ダリオ・リッチョッティ、エステル・リッチ、マルコ・リッチ、セルジオ・P. リッチャリーニ、アンドレア・ロッシ、ズレイカ・サーヌーン、ウンベルト・サヴィーノ、ヴァレンティーナ・スコッティ、ズーフイ・チェン、アレッサンドロ・ソッジョ、ロベルタ・スポルヴォリ、シルヴィア・トヴァーニ、ネロ・ベルトーリ、ヴェロニカ・ヴィローナ、ヴィンチェンツォ・ヴィターレ、ウーゴ・ザノーニ、シモナ・ズッフォリ、パオロ・ズッコーネ、2023年11月14日、 ネイチャーコミュニケーションズ。
土井: 10.1038/s41467-023-42551-5