La mayor descarga de rayos gamma jamás registrada perturbó la atmósfera el año pasado

Una enorme explosión de rayos gamma impactó en la Tierra el año pasado, provocando una perturbación significativa en la ionosfera de nuestro planeta.

Estas perturbaciones suelen estar asociadas con eventos de partículas energéticas en el Sol, pero éste fue el resultado de la explosión de una estrella a casi 2.000 millones de años luz de distancia.

A las 13.21 UTC del 9 de octubre de 2022, muchos de los satélites de alta energía en órbita cercana a la Tierra, incluida la misión Integral de la Agencia Espacial Europea (ESA), detectaron una explosión de rayos gamma (GRB) extremadamente brillante y duradera.

El Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma (Integral) fue lanzado por la ESA en 2002 y ha estado detectando explosiones de rayos gamma casi todos los días desde entonces. Sin embargo, GRB 221009A, como se llamó la explosión, fue todo menos ordinaria. «Fue probablemente el estallido de rayos gamma más brillante que jamás hayamos detectado», afirma en un comunicado de la ESA Mirko Piersanti, de la Universidad de L'Aquila, Italia, y autor principal del equipo que publica estos resultados. Al evento ya se le conoce como 'El Más Brillante de Todos los Tiempos' (BOAT, por sus siglas en inglés).

Los estallidos de rayos gamma alguna vez fueron eventos misteriosos, pero ahora se reconoce que son el derramamiento de energía de estrellas en explosión llamadas supernovas, o de la colisión de dos estrellas de neutrones súper densas.

«Hemos estado midiendo estallidos de rayos gamma desde la década de 1960, y este es el más fuerte jamás medido», dice el coautor Pietro Ubertini, del Instituto Nacional de Astrofísica de Roma, Italia, e investigador principal del instrumento IBIS de Intergral. De hecho, es tan fuerte que su rival más cercano registrado es diez veces más débil. Estadísticamente, un GRB tan fuerte como GRB 221009A llega a la Tierra sólo una vez cada 10.000 años.

Durante los 800 segundos que estuvieron impactando los rayos gamma, la explosión entregó suficiente energía para activar detectores de rayos en la India. Los instrumentos en Alemania detectaron señales de que la explosión perturbó la ionosfera de la Tierra durante varias horas. Esta cantidad extrema de energía dio al equipo la idea de buscar los efectos de la explosión en la ionosfera de la Tierra.

Directa contra la ionosfera

La ionosfera es la capa de la atmósfera superior de la Tierra que contiene gases cargados eléctricamente llamados plasma. Se extiende desde unos 50 km hasta 950 km de altitud. Los investigadores se refieren a ella como la ionosfera superior por encima de los 350 km y la ionosfera inferior por debajo. La ionosfera es tan tenue que las naves espaciales pueden mantener órbitas en la mayor parte de la ionosfera.

Una de esas naves espaciales es el Satélite Sismo-Electromagnético de China (CSES), también conocido como Zhangheng, una misión espacial chino-italiana. Se lanzó en 2018 y monitorea la parte superior de la ionosfera en busca de cambios en su comportamiento electromagnético. Su misión principal es estudiar los posibles vínculos entre los cambios en la ionosfera y la aparición de eventos sísmicos como los terremotos, pero también puede estudiar el impacto de la actividad solar en la ionosfera.

Tanto Mirko como Pietro son parte del equipo científico de CSES y se dieron cuenta de que si el GRB había creado una perturbación, CSES debería haberla visto. Pero no podían estar seguros. «Habíamos buscado este efecto en otros GRB en el pasado, pero no habíamos visto nada», dice Pietro.

En el pasado, se han observado GRB afectando la parte inferior de la ionosfera durante la noche, cuando se elimina la influencia solar, pero nunca en la parte superior. Esto había llevado a creer que cuando llegó a la Tierra, la explosión de un GRB ya no era lo suficientemente potente como para producir una variación en la conductividad ionosférica que condujera a una variación del campo eléctrico.

Esta vez, sin embargo, cuando los científicos observaron, su suerte fue diferente. El efecto fue obvio y fuerte. Por primera vez, vieron una intensa perturbación en forma de una fuerte variación del campo eléctrico en la parte superior de la ionosfera. «Es asombroso. Podemos ver cosas que están sucediendo en el espacio profundo pero que también afectan a la Tierra», afirma Erik Kuulkers, científico del proyecto de la ESA.

Este GRB en particular tuvo lugar en una galaxia a casi 2 mil millones de años luz de distancia (por lo tanto, hace dos mil millones de años), pero todavía tenía suficiente energía para afectar la Tierra. Si bien el Sol suele ser la principal fuente de radiación lo suficientemente potente como para afectar la ionosfera de la Tierra, este GRB activó instrumentos generalmente reservados para estudiar las inmensas explosiones en la atmósfera del Sol conocidas como erupciones solares. «En particular, esta perturbación afectó a las capas más bajas de la ionosfera de la Tierra, situadas a sólo decenas de kilómetros sobre la superficie de nuestro planeta, dejando una huella comparable a la de una gran erupción solar», dice Laura Hayes, investigadora y física solar de la ESA.

Esta huella se produjo en forma de un aumento de la ionización en la parte inferior de la ionosfera. Fue detectado en señales de radio de muy baja frecuencia que rebotan entre el suelo y la ionosfera inferior de la Tierra. «Básicamente, podemos decir que la ionosfera se 'descendió' a altitudes más bajas, y lo detectamos en cómo las ondas de radio rebotan a lo largo de la ionosfera», explica Hayes, quien publicó estos resultados en 2022.