La atmósfera de la Tierra, quemada por una explosión de rayos gamma emitida a 2.000 millones de años luz

Breves y repentinos, los GRB liberan más energía en unos pocos segundos que nuestro Sol durante toda su vida útil de 10.000 millones de años. Hasta hace poco se consideraban un misterio, pero ahora los investigadores saben que provienen de supernovas, estrellas moribundas que colapsan en una estrella de neutrones o un agujero negro, o de la colisión de dos estrellas de neutrones.

GRB 221009A, como se denominó al estallido de octubre de 2022, fue excepcional. Probablemente originado por una supernova, fue detectado por los observatorios espaciales de rayos X y gamma Fermi, Agile, Integral, MAXI y Swift, y dejó un resplandor en longitudes de onda visibles más largas que incluso pudo ser visto durante horas por astrónomos aficionados.

Uno de esos telescopios fue Integral (Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma), lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) en 2002. Desde entonces, este observatorio ha estado detectando explosiones de rayos gamma casi todos los días, pero ninguna como GRB 221009A. «Fue probablemente el estallido de rayos gamma más brillante que jamás hayamos detectado», afirma Mirko Piersanti, de la Universidad de L'Aquila, Italia, y autor principal del equipo que este martes publica estos resultados en la revista 'Nature Communications'. 

«Hemos estado midiendo estallidos de rayos gamma desde la década de 1960, y este es el más fuerte jamás medido», subraya también el coautor Pietro Ubertini, del Instituto Nacional de Astrofísica de Roma e investigador principal del instrumento IBIS de Integral. 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.

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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. Es importante, porque la estabilidad de ionización de la atmósfera terrestre juega un papel fundamental para la evolución y resistencia de la vida. Los investigadores se refieren a ella como la ionosfera superior por encima de los 350 km y la ionosfera inferior, por debajo.

Tanto Mirko como Pietro son parte del equipo científico de CSES, una misión espacial chino-italiana que monitorea la parte superior de la ionosfera en busca de cambios en su comportamiento electromagnético. Los investigadores 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 llega a la Tierra, la explosión de un GRB ya no es 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 en la ESA.

Este GRB en particular tuvo lugar en una galaxia a casi 2.000 millones de años luz de distancia (por lo tanto, hace dos mil millones de años), pero todavía tenía suficiente energía para afectar a 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 detectada 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 'descendió' a altitudes más bajas, y lo detectamos en cómo las ondas de radio rebotan a lo largo de la ionosfera», explica Hayes.

El trabajo refuerza la idea de que una supernova en nuestra propia galaxia o en una galaxia cercana podría tener consecuencias mucho más graves. En el peor de los casos, la explosión podría dañar la capa de ozono, permitiendo que la peligrosa radiación ultravioleta del Sol llegue a la superficie de la Tierra durante días o meses. En función del tiempo, esa radiación podría afectar de manera importante tanto a la vida terrestre como a la marina. Los científicos han especulado con que tal efecto es una posible causa de algunas de las extinciones masivas que se sabe que tuvieron lugar en la Tierra en el pasado. Pero para investigar la idea, necesitan muchos más datos.