La Terre a été frappée par un sursaut gamma historique provenant de l’explosion d’une étoile

Un sursaut gamma massif a été découvert par Le télescope spatial intégré de l’ESA, frapper le sol. L’explosion a provoqué une perturbation majeure de l’ionosphère de notre planète. De telles perturbations sont généralement associées à des événements de particules énergétiques sur le Soleil, mais cet événement est le résultat de l’explosion d’une étoile située à environ deux milliards d’années-lumière. L’analyse des effets de l’explosion pourrait fournir des informations sur les extinctions massives survenues dans l’histoire de la Terre.

Détection des sursauts gamma les plus brillants

Le 9 octobre 2022, à 14h21 GMT/15h21 CEST, un sursaut gamma (GRB) extrêmement brillant et de longue durée a été détecté par plusieurs satellites à haute énergie en orbite proche de la Terre, dont le satellite Integral de la Lune de l’ESA. une tâche.

L’impression artistique représente l’impact d’un puissant sursaut gamma qui a fortement perturbé l’ionosphère de notre planète. C’est le résultat d’un sursaut gamma (GRB) résultant de l’explosion en supernova d’une étoile, dans une galaxie située à environ deux milliards d’années-lumière. Source : ESA/ATG Europe ; CC BY-SA 3.0 IGO

Le Laboratoire international d’astrophysique des rayons gamma (INTEGRAL) a été lancé par l’Agence spatiale européenne en 2002 et détecte depuis lors des sursauts gamma presque tous les jours. Cependant, GRB 221009A, comme on appelait l’explosion, était tout sauf ordinaire. « Il s’agit probablement du sursaut gamma le plus brillant que nous ayons jamais détecté », déclare Mirco Piersanti, de l’Université de L’Aquila en Italie, et auteur principal de l’équipe qui a publié ces résultats.

Comprendre les sursauts gamma

Les sursauts gamma étaient autrefois des événements mystérieux, mais on sait maintenant qu’ils sont le résultat d’un déversement d’énergie provenant d’étoiles explosives appelées supernovas, ou de la collision de deux étoiles à neutrons ultra-denses.

« Nous mesurons les sursauts gamma depuis les années 1960, et c’est le plus puissant jamais mesuré », déclare le co-auteur Pietro Ubertini, de l’Institut national d’astrophysique de Rome, en Italie, et chercheur principal de l’instrument IBIS d’Intergral. Si puissant en fait que son concurrent le plus proche est dix fois plus faible. Statistiquement, de puissants GRB comme le GRB 221009A n’atteignent la Terre qu’une fois tous les 10 000 ans.

Impact sur l’ionosphère terrestre

Pendant les 800 secondes pendant lesquelles les rayons gamma ont frappé, l’explosion a fourni suffisamment d’énergie pour activer les détecteurs de foudre en Inde. Des appareils allemands ont capté des signaux indiquant que l’ionosphère terrestre a été perturbée pendant plusieurs heures à cause de l’explosion. Cette énorme quantité d’énergie a donné à l’équipe l’idée de rechercher les effets de l’explosion sur l’ionosphère terrestre.

L’ionosphère est la couche de la haute atmosphère terrestre qui contient des gaz chargés électriquement appelés… plasma. Sa hauteur s’étend d’environ 50 km à 950 km. Les chercheurs l’appellent la face supérieure de l’ionosphère au-dessus de 350 km et la face inférieure de l’ionosphère en dessous. L’ionosphère est si fragile que les vaisseaux spatiaux peuvent orbiter autour de la majeure partie de l’ionosphère.

Première observation d’une perturbation ionosphérique sur la face supérieure

L’un de ces engins spatiaux est le satellite sismique électromagnétique chinois (CSES), également connu sous le nom de Zhangheng, une mission spatiale sino-italienne. Il a été lancé en 2018 et surveille la partie supérieure de l’ionosphère pour détecter les changements dans son comportement électromagnétique. Sa mission première est d’étudier les liens possibles entre les changements dans l’ionosphère et l’apparition d’événements sismiques tels que les tremblements de terre, mais elle peut également étudier l’effet de l’activité solaire sur l’ionosphère.

Mirko et Petro font tous deux partie de l’équipe scientifique du CSES et ils ont réalisé que si les explosions du GRB créaient une perturbation, le CSES devrait le voir. Mais ils ne pouvaient pas en être sûrs. « Nous avons recherché cet effet sur d’autres sursauts gamma dans le passé, mais nous n’avons rien vu », explique Pietro.

Cette illustration montre les composants des longs sursauts gamma, le type le plus courant. Le noyau d’une étoile massive (à gauche) s’est effondré pour former un trou noir, envoyant un flux de particules se déplaçant à travers l’étoile effondrée et dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Le rayonnement à travers le spectre provient d’un gaz ionisé chaud (plasma) près du trou noir nouveau-né, de collisions entre des coquilles de gaz se déplaçant rapidement à l’intérieur du jet (ondes de choc internes) et du bord d’attaque du jet lorsqu’il se dirige vers le haut et interagit. avec son environnement (ondes de choc externes). Source : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Dans le passé, des GRB ont été observés ayant un impact sur la face inférieure de l’ionosphère pendant la nuit, lorsque l’influence solaire est supprimée, mais jamais sur la face supérieure. Cela a conduit à croire qu’au moment où l’explosion a atteint la Terre, l’explosion des GRB n’était plus assez forte pour provoquer un changement dans la conductivité ionosphérique entraînant une différence dans le champ électrique.

Mais cette fois, lorsque les scientifiques ont regardé, leur chance a été différente. L’effet était clair et fort. Pour la première fois, ils ont observé une perturbation intense sous la forme d’une forte variation du champ électrique à la partie supérieure de l’ionosphère. « C’est incroyable. Nous pouvons voir des choses qui se produisent dans l’espace lointain, mais elles affectent également la Terre », déclare Eric Kolkers, scientifique du projet de l’ESA.

L’effet d’un sursaut gamma est à longue portée

Plus précisément, ces explosions se sont produites dans une galaxie située à environ 2 milliards d’années-lumière – il y a deux milliards d’années – et pourtant elle disposait encore de suffisamment d’énergie pour impacter la Terre. Alors que le Soleil est généralement la principale source de rayonnement suffisamment puissante pour affecter l’ionosphère terrestre, les GRB ont déclenché des instruments généralement dédiés à l’étude des explosions massives dans l’atmosphère du Soleil, connues sous le nom d’éruptions solaires. « Il est à noter que cette perturbation a affecté les couches inférieures de l’ionosphère terrestre, située à seulement des dizaines de kilomètres au-dessus de la surface de notre planète, laissant une signature similaire à celle d’une grande éruption solaire », explique Laura Hayes, chercheuse. et physicien solaire à l’Agence spatiale européenne. ».

Implications sur le terrain

Cette signature s’est manifestée sous la forme d’une augmentation de l’ionisation à la face inférieure de l’ionosphère. Il a été détecté dans des signaux radio à très basse fréquence rebondissant entre la Terre et la basse ionosphère terrestre. « En gros, nous pourrions dire que l’ionosphère s’est « déplacée » vers des altitudes plus basses, et nous l’avons découvert dans la façon dont les ondes radio rebondissaient le long de l’ionosphère », explique Laura, qui Ces résultats ont été publiés En 2022.

Cela renforce l’idée qu’une supernova dans notre galaxie pourrait avoir des conséquences plus graves. « Il y a eu beaucoup de controverses sur les conséquences possibles d’un sursaut gamma dans notre galaxie », explique Mirko.

Dans le pire des cas, l’explosion affecterait non seulement l’ionosphère, mais pourrait également endommager la couche d’ozone, permettant ainsi aux dangereux rayons ultraviolets du soleil d’atteindre la surface de la Terre. On a émis l’hypothèse qu’un tel effet serait la cause probable de certains événements d’extinction massive connus survenus sur Terre dans le passé. Mais pour étudier cette idée, nous aurons besoin de plus de données.

Maintenant qu’ils savent exactement quoi rechercher, l’équipe a déjà commencé à réexaminer les données collectées par le CSES et à les corréler avec d’autres sursauts gamma observés par Integral. Et bien qu’elles ne puissent remonter qu’à 2018, date du lancement du CSES, une mission de suivi a déjà été planifiée, garantissant que cette nouvelle fenêtre fascinante sur la manière dont la Terre interagit avec l’univers, même très lointain, restera désormais ouverte.

Référence : « Preuve de perturbation du champ électrique ionique supérieur associé à un sursaut gamma » par 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 Autriche, 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 et Paolo Zuccone, 14 novembre 2023 , Communications naturelles.
est ce que je: 10.1038/s41467-023-42551-5