Un’enorme esplosione di raggi gamma, rilevata dal telescopio spaziale Integral dell’ESA, ha colpito la Terra. L’evento ha causato un disturbo significativo nella ionosfera del nostro pianeta. Tali disturbi sono solitamente associati a particelle energetiche solari, ma questa volta è stato il risultato dell’esplosione di una stella a quasi 2 miliardi di anni luce di distanza. L’analisi degli effetti dell’esplosione potrebbe fornire informazioni sulle estinzioni di massa avvenute nella storia della Terra.
La Terra colpita da un lampo di raggi gamma
Alle 15:21 ora italiana del 9 ottobre 2022, un lampo di raggi gamma (GRB) estremamente luminoso e di lunga durata è stato rilevato da molti dei satelliti ad alta energia in orbita vicino alla Terra, inclusa la missione Integral dell’ESA.
L’International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (Integral) è stato lanciato dall’ESA nel 2002 e da allora rileva lampi di raggi gamma quasi ogni giorno. Tuttavia, GRB 221009A, com’è stata chiamata l’esplosione, è stata tutt’altro che ordinaria. “È stato probabilmente il lampo di raggi gamma più luminoso che abbiamo mai rilevato,” afferma Mirko Piersanti, Università de L’Aquila, autore principale dello studio pubblicato oggi.
Un tempo i lampi di raggi gamma erano eventi misteriosi, ma ora sappiamo che si tratta dell’effusione di energia proveniente dall’esplosione di stelle chiamate supernove o dalla collisione di due stelle di neutroni super dense.
“Misuriamo i lampi di raggi gamma dagli anni ’60, e questo è il più forte mai misurato,” afferma il coautore Pietro Ubertini dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), e ricercatore principale dello strumento IBIS di Intergral. E’ stato così forte che il suo rivale più vicino mai registrato è 10 volte più debole. Statisticamente, un GRB potente come GRB 221009A arriva sulla Terra solo una volta ogni 10.000 anni.
Durante gli 800 secondi in cui i raggi gamma hanno colpito, l’esplosione ha fornito energia sufficiente per attivare i rilevatori di fulmini in India. Gli strumenti in Germania hanno rilevato segnali che indicavano la ionosfera terrestre è stata disturbata per diverse ore dall’esplosione. Questa quantità estrema di energia ha dato al team l’idea di cercare gli effetti dell’esplosione sulla ionosfera terrestre.
A caccia di segnali nella ionosfera
La ionosfera è lo strato dell’atmosfera superiore della Terra che contiene gas elettricamente carichi chiamati plasma. Si estende da circa 50 km a 950 km di altitudine. I ricercatori la chiamano ionosfera superiore sopra i 350 km e ionosfera inferiore al di sotto. La ionosfera è così tenue che i veicoli spaziali possono mantenere orbite nella maggior parte della ionosfera.
Uno di questi veicoli spaziali è il China Seismo-Electromagnetic Satellite (CSES), noto anche come Zhangheng, una missione spaziale italo-cinese. È stato lanciato nel 2018 e monitora la parte superiore della ionosfera per rilevare eventuali cambiamenti nel suo comportamento elettromagnetico. La sua missione principale è studiare i possibili collegamenti tra i cambiamenti nella ionosfera e il verificarsi di eventi sismici come i terremoti, ma può anche studiare l’impatto dell’attività solare sulla ionosfera.
Sia Piersanti che Ubertini fanno parte del team scientifico del CSES e si sono resi conto che se il GRB avesse creato un disturbo, il CSES avrebbe dovuto vederlo, ma non potevano esserne sicuri. “Avevamo cercato questo effetto in altri GRB in passato, ma non avevamo visto nulla,” spiega Piersanti.
In passato, i GRB sono stati osservati mentre colpivano la ionosfera inferiore durante la notte, quando l’influenza solare viene rimossa, ma mai nella parte superiore. Ciò aveva portato a credere che nel momento in cui raggiunge la Terra, l’esplosione di un GRB non è più abbastanza potente da produrre una variazione nella conduttività ionosferica che porta ad una variazione del campo elettrico. Questa volta, tuttavia, quando gli scienziati hanno esaminato i dati, è stato diverso. L’effetto è stato evidente e forte. Per la prima volta in assoluto, hanno osservato un’intensa perturbazione sotto forma di una forte variazione del campo elettrico nella ionosfera superiore. “È stupefacente. Possiamo vedere cose che stanno accadendo nello Spazio profondo ma che influenzano anche la Terra,” afferma Erik Kuulkers, project scientist dell’ESA.
Il lampo di raggi gamma GRB 221009A
Questo particolare GRB ha avuto luogo in una galassia distante quasi 2 miliardi di anni luce – quindi 2 miliardi di anni fa – eppure aveva ancora abbastanza energia per influenzare la Terra. Sebbene il Sole sia tipicamente la fonte primaria di radiazione abbastanza potente da influenzare la ionosfera terrestre, questo GRB ha attivato strumenti generalmente riservati allo studio delle immense esplosioni nell’atmosfera solare note come brillamenti. “In particolare, questo disturbo ha avuto un impatto sugli strati più bassi della ionosfera terrestre, situati a poche decine di chilometri sopra la superficie del nostro pianeta, lasciando un’impronta paragonabile a quella di un grande brillamento solare,” afferma Laura Hayes, ricercatrice e fisica solare presso l’ESA.
Questa impronta è arrivata sotto forma di un aumento della ionizzazione nella ionosfera di fondo. È stata rilevata in segnali radio a frequenza molto bassa che rimbalzano tra il suolo e la ionosfera inferiore della Terra. “In sostanza, possiamo dire che la ionosfera si è “spostata” verso il basso ad altitudini più basse, e lo abbiamo rilevato nel modo in cui le onde radio rimbalzano lungo la ionosfera,” spiega Hayes, che ha pubblicato questi risultati nel 2022.
Ciò rafforza l’idea che una supernova nella nostra galassia potrebbe avere conseguenze molto più gravi. “C’è stato un grande dibattito sulle possibili conseguenze di un lampo di raggi gamma nella nostra galassia,” afferma Piersanti. Nel peggiore dei casi, l’esplosione non colpirebbe solo la ionosfera, ma potrebbe anche danneggiare lo strato di ozono, consentendo alle pericolose radiazioni ultraviolette del Sole di raggiungere la superficie terrestre. Si ipotizza che tale effetto sia una possibile causa di alcuni degli eventi di estinzione di massa che hanno avuto luogo sulla Terra in passato.
Per approfondire l’ipotesi, però, c’è bisogno di molti più dati. Ora che sanno esattamente cosa cercare, gli studiosi del team hanno già iniziato a esaminare i dati raccolti da CSES e a correlarli con gli altri lampi di raggi gamma osservati da Integral. Anche se si può risalire solo al 2018, quando è stato lanciato CSES, è già stata pianificata una missione di follow-up, assicurando che questa affascinante nuova finestra sul modo in cui la Terra interagisce anche con l’Universo molto distante rimarrà aperta.
