Исследование показало, что мощная гамма-вспышка, зафиксированная в октябре 2022 года, оказала воздействие как на нижние, так и на верхние слои ионосферы Земли — среды, предохраняющей нас от космического излучения.
Ионосфера представляет собой верхний слой атмосферы Земли, в котором происходят ионизационные процессы под воздействием солнечного и космического излучения. Этот слой начинается на высоте примерно 60 километров и выполняет важную функцию по защите поверхности планеты от вредного излучения, включая гамма-вспышки, поступающие из космоса.
Гамма-вспышки представляют собой одни из самых мощных явлений, наблюдаемых во Вселенной. Они могут иметь различную продолжительность и возникают в результате гибели массивных звёзд, а также при слиянии нейтронных звёзд.
Один из наиболее мощных и продолжительных гамма-всплесков — GRB221009A — «объект достиг Земли 9 октября 2022 года. Его продолжительность составила сотни секунд, и он был оценен как один из самых мощных гамма-всплесков за последние пятьдесят лет. Немедленно после вспышки астрономы зафиксировали изменения в нижних слоях ионосферы на высоте от 60 до 350 километров.
В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, ученые представили данные, подтверждающие значительные возмущения в верхних слоях ионосферы на высоте 507 километров. Детектор электрических полей, установленный на китайском сейсмо-электромагнитном спутнике (CSES), зарегистрировал это возмущение. Спутник, находясь на низкой околоземной орбите, во время вспышки двигался с севера на юг над Европой.
Данные, полученные со спутника, свидетельствуют об аномальной ионизации ионосферы. Как правило, подобные возмущения являются следствием вспышек на Солнце и других явлений, связанных с активностью звезды. В рамках нового исследования авторы предположили, что столь мощное возмущение электрического поля ионосферы на высоте 507 километров вызвано изменением плотности плазмы, обусловленным ионизирующим воздействием гамма-всплеска.
Для оценки данной модели ученые проанализировали распределение электронной плотности в ионосфере над Европой, используя данные, полученные со спутниковой системы GNSS и построили аналитическую модель влияния гамма-всплесков на электрические поля верхних слоев ионосферы.
Анализ показал, что гамма-вспышки не оказывают заметного воздействия до тех пор, пока не будет превышен определенный уровень, характеризующийся отношением скорости образования новых ионов под воздействием вспышки к естественной скорости их поглощения в ионосфере. Это подтверждает ранее предложенную гипотезу о том, что взаимодействие гамма-вспышек и верхних слоев атмосферы представляет собой процесс, зависящий от порогового значения.
За последние десять лет специализированные спутники фиксируют в среднем одну гамма-вспышку ежедневно, однако всплески такого рода очень редко вызывают возмущения в ионосфере — и эти возмущения никогда не регистрировались в верхних слоях ионосферы.
Уникальность сделанного открытия заключается в том, что ранее полагалось, будто ионосферу способны существенно возмущать только события, происходящие на Солнце. Тот факт, что гамма-вспышки, источники которых могут находиться в миллионах световых лет от Земли, оказывают заметное влияние на нашу планету, является неожиданным. Учитывая, что интенсивность гамма-вспышек может существенно меняться, нельзя исключать, что самые мощные из них способны оказывать еще более значительное воздействие на земную атмосферу.