Un sursaut gamma a perturbé l’ionosphère terrestre

On pourrait penser que quelque chose qui se produit à des milliards d’années-lumière n’affecterait pas la Terre, n’est-ce pas ? Eh bien, en 2002, une explosion de rayons gamma d’une durée de 800 secondes a effectivement touché notre planète. Ils provenaient d’une explosion de supernova puissante et très lointaine. Son bombardement de rayons gamma a perturbé l’ionosphère de notre planète et activé des détecteurs de foudre en Inde.

Ce sursaut gamma (GRB) particulier s’est produit dans une galaxie située à près de 2 milliards d’années-lumière (et a mis deux milliards d’années pour nous atteindre). Non seulement les détecteurs au sol ont enregistré le bombardement, mais les satellites sensibles aux explosions à haute énergie l’ont également « vu ». Cela comprenait la mission du Laboratoire international d’astrophysique des rayons gamma (INTEGRAL) de l’Agence spatiale européenne. Il enregistre généralement quotidiennement les sursauts gamma, mais celui-ci, nommé GRB 221009A, a surpassé tous les autres.

Des GRB aussi puissants se produisent (en moyenne) environ une fois tous les 10 000 ans, c’est donc celui-ci qui a attiré l’attention de tout le monde. “Il s’agissait probablement du sursaut gamma le plus brillant que nous ayons jamais détecté”, déclare Mirko Piersanti, de l’Université de L’Aquila, en Italie, et auteur principal d’un article analysant l’événement.

Comment le sursaut gamma a affecté l’ionosphère

La plupart du temps, les radiations du Soleil bombardent notre planète. C’est souvent suffisamment fort pour affecter l’ionosphère. Il s’agit d’une couche atmosphérique hérissée de gaz chargés électriquement appelés plasma. Il s’étend d’environ 50 km à 950 km d’altitude au-dessus de la surface. Il existe une « ionosphère supérieure » (située au-dessus de 350 km) et une « ionosphère inférieure » qui se situe en dessous. Les scientifiques connaissent bien la manière dont le Soleil traite cette région de l’atmosphère, en particulier pendant les périodes de forte activité solaire.

Cette explosion GRB a déclenché des instruments généralement réservés à l’étude des immenses explosions dans l’atmosphère solaire appelées éruptions solaires. “Cette perturbation a notamment touché les couches les plus basses de l’ionosphère terrestre, situées à seulement quelques dizaines de kilomètres au-dessus de la surface de notre planète, laissant une empreinte comparable à celle d’une éruption solaire majeure”, explique Laura Hayes, chercheuse et physicienne solaire à l’ESA. Cette empreinte était essentiellement une augmentation de l’ionisation dans l’ionosphère inférieure. Il a laissé une empreinte dans les signaux radio basse fréquence qui se déplacent entre la surface de la Terre et les niveaux les plus bas de l’ionosphère. « Essentiellement, nous pouvons dire que l’ionosphère s’est « déplacée » vers des altitudes plus basses, et nous l’avons détecté dans la façon dont les ondes radio rebondissent le long de l’ionosphère », a expliqué Laura.

Des sursauts de rayons gamma dans les données

Les anciens GRB ont gêné l’ionosphère inférieure mais n’ont pas toujours perturbé la partie supérieure. Les scientifiques ont simplement supposé qu’au moment où elle atteignait la Terre, l’explosion d’un GRB n’avait pas le « punch » nécessaire pour modifier cette partie de l’ionosphère. GRB 221009A a prouvé que cette idée était fausse. Grâce aux données du satellite sismo-électromagnétique chinois (CSES), les scientifiques ont constaté une forte perturbation dans la haute ionosphère. Cela a créé une forte variation de champ électrique et c’était la première fois que les scientifiques voyaient cela connecté à un GRB. Le résultat est la toute première mesure ionosphérique supérieure des variations du champ électrique déclenchées par une explosion de rayons gamma à des distances cosmiques.

INTEGRAL et d’autres engins spatiaux enregistrent continuellement les GRB provenant de tout l’Univers. Ont-ils tous affecté notre ionosphère d’une manière ou d’une autre ? Y a-t-il un moyen de le savoir ? Maintenant que les scientifiques savent quels effets ionosphériques rechercher, ils peuvent parcourir les données pour trouver des réponses. Les données d’INTEGRAL et du CSES seront particulièrement utiles. Ils devraient pouvoir le corréler avec d’autres GRB observés depuis 2018. C’est à cette époque que le CSES a été lancé.

Les preuves de perturbations ionosphériques causées par les GRB remontent à 1988. C’est à cette époque que les effets d’un sursaut gamma de 1983 ont été signalés pour la première fois. Les scientifiques disposent désormais d’un ensemble de détecteurs au sol et dans l’espace, tels que Swift, Fermi, MAXI, AGILE, INTEGRAL et CSES, qui ont permis de détecter efficacement les émissions de GRB221009A.

Implications pour les futurs effets du GRB sur Terre

Ce genre de perturbation provenant d’un événement très lointain pose une question : que se passerait-il si une telle explosion se produisait « plus près de chez nous » ? Une supernova dans notre propre galaxie, par exemple, libérant une énorme explosion de rayons gamma, pourrait très bien « atteindre et toucher » la Terre de manière drastique. “Il y a eu un grand débat sur les conséquences possibles d’un sursaut gamma dans notre propre galaxie”, explique Mirko Piersanti.

D’une part, un GRB puissant et proche aurait des effets drastiques sur notre ionosphère, bien plus forts qu’une éruption solaire typique. Cela pourrait également causer des dommages importants à la couche d’ozone (qui constitue un bouclier protecteur contre les radiations du Soleil). Cela permettrait à beaucoup plus d’ultraviolets (UV) d’atteindre la surface que ce à quoi nous sommes habitués. Il est possible (bien que cela ne soit pas prouvé) que certains des événements d’extinction passés sur Terre soient liés à une augmentation du rayonnement UV à la surface.

Sursauts gamma et extinctions

La couche d’ozone sur Terre est un mécanisme de défense de première ligne contre les radiations, c’est pourquoi les gens ont cessé d’utiliser des gaz tels que les chlorofluorocarbones. Ils détruisaient la couche d’ozone, laissant pénétrer davantage de rayonnement UV. Cela a affecté l’atmosphère ainsi que les personnes, les plantes et les animaux. Au moins un article de recherche s’est penché sur l’appauvrissement de la couche d’ozone provoqué par les GRB en étudiant ce qui se passe dans les régions polaires. L’augmentation du rayonnement UV produit des changements dans l’atmosphère moyenne, notamment la création d’ozone troposphérique, qui peut nuire à la vie à des concentrations élevées. Une explosion qui a envoyé des radiations dans les régions polaires sud serait l’une des raisons pour lesquelles l’extinction de l’Ordovicien s’est produite il y a environ 445 millions d’années. On estime que 85 pour cent des espèces vivantes à cette époque ont été anéanties.

Si un GRB à proximité était impliqué, cela pourrait expliquer l’événement ordovicien et donner un aperçu d’autres extinctions massives. Il n’est pas exagéré de penser que certains d’entre eux aient pu avoir des déclencheurs cosmiques. Ceux-ci auraient pu affecter la vie sur Terre plus puissamment que le bombardement vieux de deux milliards d’années du GRB 221009A.

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