Semburan sinar gamma masif ditemukan oleh Teleskop Luar Angkasa Terintegrasi ESA, menyentuh tanah. Ledakan tersebut menyebabkan gangguan besar pada ionosfer planet kita. Gangguan seperti itu biasanya dikaitkan dengan peristiwa partikel energik di Matahari, namun peristiwa ini merupakan akibat dari ledakan sebuah bintang yang berjarak sekitar dua miliar tahun cahaya. Menganalisis dampak ledakan dapat memberikan informasi tentang kepunahan massal dalam sejarah bumi.

Deteksi semburan sinar gamma paling terang

Pada pukul 14:21 GMT/15:21 CEST tanggal 9 Oktober 2022, ledakan sinar gamma (GRB) yang sangat terang dan tahan lama terdeteksi oleh beberapa satelit berenergi tinggi di orbit dekat Bumi, termasuk satelit Integral Bulan ESA. sebuah tugas.

Kesan artistiknya menggambarkan dampak ledakan sinar gamma dahsyat yang sangat mengganggu ionosfer planet kita. Ini adalah hasil ledakan sinar gamma (GRB) yang dihasilkan dari ledakan supernova sebuah bintang di galaksi yang berjarak sekitar dua miliar tahun cahaya. Sumber: ESA/ATG Eropa; CC BY-SA 3.0 IGO

Laboratorium Sinar Gamma Internasional untuk Astrofisika (INTEGRAL) diluncurkan oleh Badan Antariksa Eropa pada tahun 2002 dan telah mendeteksi semburan sinar gamma hampir setiap hari sejak saat itu. Namun, GRB 221009A, sebutan untuk ledakan tersebut, bukanlah hal biasa. “Ini mungkin ledakan sinar gamma paling terang yang pernah kami deteksi,” kata Mirco Piersanti, dari Universitas L’Aquila di Italia, dan penulis utama tim yang mempublikasikan hasil ini.

Memahami semburan sinar gamma

Semburan sinar gamma dulunya merupakan peristiwa misterius, namun kini diketahui merupakan pencurahan energi dari ledakan bintang yang disebut supernova, atau dari tumbukan dua bintang neutron yang sangat padat.

“Kami telah mengukur semburan sinar gamma sejak tahun 1960an, dan ini adalah yang paling kuat yang pernah diukur,” kata rekan penulis Pietro Ubertini, dari Institut Astrofisika Nasional di Roma, Italia, dan peneliti utama instrumen IBIS Intergral. Begitu kuatnya sehingga pesaing terdekatnya sepuluh kali lebih lemah. Secara statistik, GRB yang kuat seperti GRB 221009A hanya mencapai Bumi setiap 10.000 tahun sekali.

Dampak terhadap ionosfer bumi

Selama 800 detik sinar gamma menyambar, ledakan tersebut memberikan energi yang cukup untuk mengaktifkan detektor petir di India. Perangkat di Jerman menangkap sinyal yang menunjukkan bahwa ionosfer bumi terganggu selama beberapa jam akibat ledakan tersebut. Energi yang sangat besar ini memberikan ide kepada tim untuk mencari dampak ledakan terhadap ionosfer bumi.

Ionosfer adalah lapisan atmosfer atas bumi yang mengandung gas bermuatan listrik yang disebut… plasma. Ketinggiannya berkisar antara 50 km hingga 950 km. Para peneliti menyebutnya sebagai sisi atas ionosfer di atas 350 km, dan sisi bawah ionosfer di bawahnya. Ionosfer sangat rapuh sehingga pesawat ruang angkasa dapat mengorbit sebagian besar ionosfer.

Pengamatan pertama gangguan ionosfer di sisi atas

Salah satu pesawat ruang angkasa tersebut adalah China Electromagnetic Seismic Satellite (CSES), juga dikenal sebagai Zhangheng, sebuah misi luar angkasa Sino-Italia. Diluncurkan pada tahun 2018 dan memantau sisi atas ionosfer untuk mengetahui perubahan perilaku elektromagnetiknya. Misi utamanya adalah mempelajari kemungkinan hubungan antara perubahan ionosfer dan terjadinya peristiwa seismik seperti gempa bumi, namun juga dapat mempelajari pengaruh aktivitas matahari terhadap ionosfer.

Baik Mirko maupun Petro adalah bagian dari tim sains CSES, dan mereka menyadari bahwa jika ledakan GRB menimbulkan gangguan, CSES harus melihatnya. Tapi mereka tidak bisa memastikannya. “Kami mencari efek ini dari ledakan sinar gamma lainnya di masa lalu, tapi kami tidak melihat apa pun,” kata Pietro.

Ilustrasi ini menunjukkan komponen semburan sinar gamma panjang, jenis yang paling umum. Inti sebuah bintang masif (kiri) runtuh membentuk lubang hitam, mengirimkan aliran partikel yang bergerak melalui bintang yang runtuh tersebut dan keluar ke luar angkasa dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan cahaya. Radiasi di seluruh spektrum berasal dari gas terionisasi panas (plasma) di dekat lubang hitam yang baru lahir, dari tumbukan antara cangkang gas yang bergerak cepat di dalam pancaran (gelombang kejut internal), dan dari tepi depan pancaran saat ia bergerak ke atas dan berinteraksi. dengan lingkungannya (gelombang kejut eksternal). Sumber: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

Di masa lalu, GRB telah diamati berdampak pada sisi bawah ionosfer pada malam hari, ketika pengaruh matahari dihilangkan, namun tidak pernah berdampak pada sisi atas. Hal ini menimbulkan keyakinan bahwa pada saat ledakan mencapai Bumi, ledakan GRB tidak lagi cukup kuat untuk menyebabkan perubahan konduktivitas ionosfer yang mengakibatkan perbedaan medan listrik.

Namun kali ini, ketika para ilmuwan mengamatinya, keberuntungan mereka berbeda. Efeknya jelas dan kuat. Untuk pertama kalinya, mereka melihat gangguan hebat dalam bentuk variasi kuat medan listrik di sisi atas ionosfer. “Sungguh menakjubkan. Kita bisa melihat hal-hal yang terjadi di luar angkasa namun hal itu juga berdampak pada Bumi,” kata Eric Kolkers, ilmuwan proyek ESA.

Efek ledakan sinar gamma bersifat jangka panjang

Secara khusus, ledakan ini terjadi di galaksi yang berjarak sekitar 2 miliar tahun cahaya – dua miliar tahun yang lalu – namun masih memiliki energi yang cukup untuk berdampak pada Bumi. Meskipun Matahari biasanya merupakan sumber utama radiasi yang cukup kuat untuk mempengaruhi ionosfer bumi, GRB memicu instrumen yang umumnya didedikasikan untuk mempelajari ledakan besar di atmosfer Matahari yang dikenal sebagai jilatan api matahari. “Patut dicatat bahwa gangguan ini mempengaruhi lapisan bawah ionosfer bumi, yang terletak hanya puluhan kilometer di atas permukaan planet kita, meninggalkan tanda yang mirip dengan jilatan api matahari yang besar,” kata Laura Hayes, salah satu peneliti. dan fisikawan surya di Badan Antariksa Eropa.”.

Implikasinya di lapangan

Tanda ini muncul dalam bentuk peningkatan ionisasi di bagian bawah ionosfer. Itu terdeteksi dalam sinyal radio frekuensi sangat rendah yang memantul antara Bumi dan ionosfer bawah Bumi. “Pada dasarnya, kami dapat mengatakan bahwa ionosfer ‘bergerak’ ke ketinggian yang lebih rendah, dan kami menemukannya melalui bagaimana gelombang radio memantul di sepanjang ionosfer,” jelas Laura, yang Hasil ini dipublikasikan Pada tahun 2022.

Hal ini memperkuat gagasan bahwa supernova di galaksi kita dapat menimbulkan konsekuensi yang lebih serius. “Ada banyak kontroversi mengenai kemungkinan konsekuensi ledakan sinar gamma di galaksi kita,” kata Mirko.

Dalam kasus terburuk, ledakan tersebut tidak hanya akan berdampak pada ionosfer, namun juga dapat merusak lapisan ozon, sehingga memungkinkan sinar ultraviolet berbahaya dari matahari mencapai permukaan bumi. Ada spekulasi bahwa efek seperti itu kemungkinan besar menjadi penyebab beberapa peristiwa kepunahan massal yang pernah terjadi di Bumi di masa lalu. Namun untuk menyelidiki ide ini, kita memerlukan lebih banyak data.

Kini setelah mereka tahu persis apa yang harus dicari, tim sudah mulai melihat kembali data yang dikumpulkan oleh CSES dan menghubungkannya dengan semburan sinar gamma lain yang pernah dilihat Integral. Meskipun mereka hanya bisa kembali ke tahun 2018, ketika CSES diluncurkan, misi lanjutan telah direncanakan, memastikan bahwa jendela baru yang menarik mengenai cara Bumi berinteraksi bahkan dengan alam semesta yang sangat jauh kini akan tetap terbuka.

Referensi: “Bukti gangguan medan listrik ionik atas yang terkait dengan ledakan sinar gamma” oleh Mirko Bersanti, Pietro Ubertini, Roberto Battiston, Angela Bazzano, Giulia D’Angelo, James J. Ruddy, Piero Diego, Zima Zerin, Roberto Amendola, Davide Padoni, Simona Bartucci, Stefania Pioli, Igor Bertillo, William J. Berger, Donatella Campana, Antonio Ciccone, Piero Cipollone, Silvia Colli, Livio Conti, Andrea Contin, Marco Cristoforetti, Fabrizio De Angelis, Cinzia Di Donato, Christian De Santis, Andrea De Luca, Emiliano Fiorenza, Francesco Maria Follega, Giuseppe Gebbia, Roberto Yoba, Alessandro Lega, Marco Lolli, Bruno Martino, Matteo Martucci, Giuseppe Massiantonio, Matteo Mergi, Marco Messi, Alfredo Morbidini, Coralie Neubuser, Francesco Nozzoli, Fabrizio Nocelli, Alberto Oliva, Giuseppe Austria, Francesco Palma, Federico Palmonari, Beatrice Panico, Emanuele Babini, Alexandra Parmentier, Stefania Percibali, Francesco Perfetto, Alessio Perinelli, Piergio Picozza, Michele Pozzato, Gianmaria Ribustini, Dario Ricciotti, Esther Ricci, Marco Ricci, Sergio P. Ricciarini, Andrea Rossi, Zuleika Sahnoun, Umberto Savino, Valentina Scotti, Zhuhui Chen, Alessandro Sotgio, Roberta Sparvoli, Silvia Tovani, Nello Vertoli, Veronica Villona, ​​​​Vincenzo Vitale, Ugo Zanoni, Simona Zuffoli dan Paolo Zuccone, 14 November 2023 , Komunikasi Alam.
doi: 10.1038/s41467-023-42551-5