Ein riesiger Gammastrahlenausbruch, der vom Integral-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation entdeckt wurde, hat die Erde getroffen. Die Explosion verursachte erhebliche Störungen in der Ionosphäre unseres Planeten. Solche Störungen werden normalerweise mit Ereignissen mit energiereichen Teilchen auf der Sonne in Verbindung gebracht, aber dieses Ereignis war das Ergebnis der Explosion eines fast zwei Milliarden Lichtjahre entfernten Sterns. Die Analyse der Folgen der Explosion könnte Informationen über Massenaussterben in der Erdgeschichte liefern, sagte die Europäische Weltraumorganisation.
Am 9. Oktober 2022 wurde ein extrem heller und langlebiger Gammastrahlenausbruch (GRB) von vielen Hochenergiesatelliten im erdnahen Orbit entdeckt, darunter auch von der Integral-Mission der ESA.
„Wir messen seit den 1960er Jahren Gammastrahlenausbrüche, und diese sind die stärksten, die jemals gemessen wurden“, sagt Co-Autor Pietro Ubertini vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom, Italien, und Hauptforscher des IBIS-Instruments von Intergral. So stark, dass sein nächster Konkurrent zehnmal schwächer ist. Statistisch gesehen erreicht ein so starker Gammastrahlenausbruch wie GRB 221009A die Erde nur einmal alle 10.000 Jahre.
Innerhalb von 800 Sekunden nach der Einwirkung der Gammastrahlen erzeugte der Ausbruch genug Energie, um Blitzdetektoren in Indien zu aktivieren. Instrumente in Deutschland zeichneten Anzeichen dafür auf, dass die Ionosphäre der Erde durch die Explosion mehrere Stunden lang gestört wurde. Diese extreme Energiemenge brachte das Team auf die Idee, die Auswirkungen des Ausbruchs auf die Ionosphäre der Erde zu untersuchen.
Die Ionosphäre ist eine Schicht der oberen Erdatmosphäre, die ein elektrisch geladenes Gas namens Plasma enthält. Es erstreckt sich auf einer Höhe von 50 bis 950 km. Forscher nennen es in Höhen über 350 km die obere Ionosphäre, darunter die untere Ionosphäre. Die Ionosphäre ist so dünn, dass Raumfahrzeuge den größten Teil der Ionosphäre umkreisen können.
Ein solches Raumschiff ist der China Seismic Electromagnetic Satellite (CSES), auch bekannt als Zhangheng, eine chinesisch-italienische Weltraummission. Es wurde 2018 ins Leben gerufen und überwacht den oberen Teil der Ionosphäre auf Veränderungen in seinem elektromagnetischen Verhalten. Sein Hauptzweck besteht darin, mögliche Zusammenhänge zwischen Veränderungen in der Ionosphäre und dem Auftreten seismischer Ereignisse wie Erdbeben zu untersuchen, es kann aber auch die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Ionosphäre untersuchen.
Sowohl Mirko als auch Pietro sind Mitglieder des CSES-Wissenschaftsteams und sie erkannten, dass CSES sie hätte sehen müssen, wenn der GRB die Störung verursacht hätte. Aber sie konnten nicht sicher sein. „Wir haben zuvor bei anderen Gammastrahlenausbrüchen nach diesem Effekt gesucht, aber nichts gesehen“, sagt Pietro.
In der Vergangenheit wurden Gammastrahlenausbrüche beobachtet, die den unteren Teil der Ionosphäre nachts beeinflussten, wenn der Sonneneinfluss entfernt war, jedoch nie den oberen Teil. Dies führte zu der Annahme, dass die GRB-Explosion zu dem Zeitpunkt, als sie die Erde erreichte, nicht mehr stark genug war, um eine Änderung der ionosphärischen Leitfähigkeit und damit eine Änderung des elektrischen Feldes zu verursachen.
Als die Wissenschaftler dieses Mal jedoch nachsahen, kamen sie zu einem anderen Schluss. Der Effekt war offensichtlich und stark. Zum ersten Mal sahen sie eine starke Störung in Form einer starken Veränderung des elektrischen Feldes im oberen Teil der Ionosphäre. “Es ist wunderbar. Wir können Dinge beobachten, die im Weltraum passieren und die sich auch auf die Erde auswirken“, sagt Erik Kuulkers, ESA-Projektwissenschaftler.
Dieser besondere GRB ereignete sich in einer Galaxie, die fast 2 Milliarden Lichtjahre entfernt war (also vor zwei Milliarden Jahren), aber er hatte immer noch genug Energie, um die Erde zu beeinflussen. Während die Sonne normalerweise die primäre Strahlungsquelle ist, die stark genug ist, um die Ionosphäre der Erde zu treffen, löst dieser Gammastrahlenausbruch Instrumente aus, die normalerweise dazu dienen, riesige Explosionen in der Sonnenatmosphäre, sogenannte Sonneneruptionen, zu untersuchen.
„Bemerkenswerterweise wirkte sich diese Störung auf die untersten Schichten der Ionosphäre der Erde aus, die sich nur wenige Dutzend Kilometer über der Oberfläche unseres Planeten befinden, und hinterließ einen Eindruck, der mit dem einer großen Sonneneruption vergleichbar ist“, sagt Laura Hayes, Wissenschaftlerin und Sonnenphysikerin bei der ESA .
Diese Prägung äußerte sich in Form einer erhöhten Ionisierung im unteren Teil der Ionosphäre. Es wurde in sehr niederfrequenten Radiosignalen entdeckt, die zwischen dem Boden und der unteren Ionosphäre der Erde reflektiert werden. „Im Wesentlichen können wir sagen, dass die Ionosphäre in tiefere Höhen ‚gesunken‘ ist, und wir haben dies an der Art und Weise erkannt, wie Radiowellen entlang der Ionosphäre reflektiert werden“, erklärt Laura, die diese Ergebnisse im Jahr 2022 veröffentlichte.
Dies bestärkt die Vorstellung, dass eine Supernova in unserer Galaxie weitaus schwerwiegendere Folgen haben könnte. „Es gab viele Debatten über die möglichen Folgen eines Gammastrahlenausbruchs in unserer Galaxie“, sagt Mirko.
