Når Jorden vil bli innhentet av et gammastråleutbrudd og hvorfor alle levende ting vil dø

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Som Plait skriver i Death From Above, er et gammastråleutbrudd den mest slående hendelsen siden Big Bang. Ingen slike utbrudd gjentar en annen, men de oppstår alle på grunn av katastrofer i galaktisk skala: når veldig store stjerner dør, slutter å "brenne" og kollapser under påvirkning av deres egen tyngdekraft eller, antagelig, på grunn av kollisjonen mellom to nøytronstjerner (objekter på størrelse med byen, men med en masse, som en eller to soler).

I slike tilfeller blir energien ikke kastet ut jevnt i alle retninger, men i rettede stråler. Denne hendelsen er så storslått at den noen ganger kan sees med det blotte øye i milliarder (!) lysår. Hva vil skje hvis en slik stråle treffer jorden?

La oss anta at GRB skjedde veldig nærme: 100 lysår unna. Selv på så kort avstand ville diameteren til gammastråleutbruddet være gigantisk, 80 billioner km. Dette betyr at hele jorden, hele solsystemet ville bli slukt av den, som en sandloppe fanget av en tsunami.

Heldigvis er GRB-er relativt kortvarige, så strålen vil treffe oss på mindre enn et sekund til flere minutter. Den gjennomsnittlige utbruddet varer i omtrent ti sekunder.

Dette er ikke lenge sammenlignet med jordens rotasjon, så strålen ville treffe bare én halvkule. Den andre halvkulen ville være relativt trygg … i hvert fall for en stund. De mest alvorlige konsekvensene vil være på steder rett under gammastråleutbruddet (hvor blusset vil være synlig rett over hodet, i senit), og minimalt der blusset vil være synlig i horisonten. Men likevel, som vi skal se, ville intet sted på jorden være helt trygt.

Den uhemmede energien som ville bli dumpet på jorden er overveldende. Dette er mer enn den kalde krigens verste mareritt: det er som å detonere en atombombe på én megatonn fra siden av et gammastråleutbrudd over hver 2,5 km2 av planeten. Dette er (sannsynligvis) ikke nok til å få havene til å koke eller rive atmosfæren av jorden, men ødeleggelsene ville være utenfor forståelsen.

Husk at alt dette er fra et objekt som ligger i en avstand på 900 billioner km.

Alle som ser på himmelen på tidspunktet for blitsen kan bli blinde, selv om toppen av lysstyrken i det synlige området sannsynligvis først ville nås etter noen få sekunder - nok til å vike og snu seg unna. Ikke at det hjalp mye.

De som i det øyeblikket ville blitt tatt på gaten, ville hatt store problemer. Selv om de ikke hadde blitt brent av varmen - og det ville de ha blitt - ville de øyeblikkelig ha fått en dødelig brannskade fra en enorm strøm av ultrafiolett stråling. Ozonlaget ville bokstavelig talt bli ødelagt øyeblikkelig, og UV-stråling fra både gammastråleutbruddet og solen ville fritt nå jordens overflate, noe som gjorde det, så vel som havene, goldt til en dybde på flere meter.

Og dette er kun fra UV-stråling og varme. Det virker grusomt å nevne de mye, mye verre effektene av eksponering for gamma og røntgenstråler.

La oss heller gå litt bort. Gammastråleutbrudd er utrolig sjeldne. Mens de mest sannsynlig forekommer flere ganger om dagen et sted i universet, er selve universet veldig stort. For øyeblikket er sannsynligheten for at en av dem vil oppstå i en avstand på 100 lysår fra oss null. Perfekt, absolutt null. Det er absolutt ingen stjerner i nærheten av oss som i prinsippet kan generere et gammastråleutbrudd. Den nærmeste supernovakandidaten er lenger unna, og GRB-er er mye sjeldnere enn supernovaer.

Føle seg bedre? Greit. La oss nå prøve en mer realistisk tilnærming. Hva er den nærmeste kandidaten for gammastrålekilder?

På himmelen på den sørlige halvkule er det en umerkelig stjerne for det blotte øye. Den kalles Eta Carinae, eller ganske enkelt Eta, en svak stjerne i en mengde lysere stjerner. Imidlertid bedrar det svake lyset hennes og skjuler raseriet hennes bak det. Den er faktisk omtrent 7500 lysår unna – faktisk den fjerneste stjernen som kan sees med det blotte øye.

Selve stjernen (faktisk kan Eta være et binært system, to stjerner som går i bane rundt hverandre. Materialet rundt stjernen gir så mye lysstyrke og interferens at astronomene fortsatt ikke er hundre prosent sikre) er et monster: massen kan være 100 ganger Solens masse eller mer, og den sender ut 5 millioner ganger mer energi enn Solen – på ett sekund sender den ut like mye lys som Solen vil sende ut på to måneder. Fra tid til annen får Eta spasmer, og hun spyr ut enorme mengder materie. I 1843 fikk hun et så voldsomt anfall at hun ble den nest klareste stjernen på himmelen, selv på så stor avstand. Den kastet ut gigantiske mengder materie på over ti ganger solens masse med hastigheter over 1,5 millioner km/t. I dag ser vi konsekvensene av den eksplosjonen i form av to enorme skyer av divergerende materie, som ligner på skuddet fra en rompistol. Den hendelsen var nesten like kraftig som supernovaen.

Eta har alle kjennetegnene til en forestående GRB. Den vil helt sikkert eksplodere som en supernova, men det er ikke kjent om det vil være en hypernova-type gammastråleutbrudd eller ikke. Det bør også bemerkes at hvis det eksploderer og sender ut en gammastråle, er orienteringen til dette systemet slik at strålen ikke vil treffe jorden. Vi kan bestemme dette fra geometrien til gasskyene som ble kastet ut under beslaget i 1843: delene av den svellende gassen vippes i forhold til oss i en vinkel på omtrent 45 °, og eventuelle gammastråleutbrudd vil bli rettet langs den aksen. La meg forklare mer spesifikt: På kort eller til og med mellomlang sikt truer ikke gammastråleutbruddet fra Eta eller andre steder oss.

Men det er likevel interessant å gruble på «hva om». Hva om Eta hadde målrettet oss og blitt til en hypernova? Hva ville skje da?

Igjen, ikke noe bra. Til tross for at den ikke en gang ville komme i nærheten av solen i lysstyrke, ville den være like lys som månen, eller til og med ti ganger lysere. Du kunne ikke se på den uten å myse, men den lysstyrken ville bare vare noen få sekunder eller minutter, så det ville sannsynligvis ikke være noen langsiktig skade på livssyklusene til flora eller fauna.

Den ultrafiolette strålen ville være intens, men kort. Folk utendørs vil oppleve moderat solbrenthet, men det vil sannsynligvis ikke være noen statistisk signifikant økning i forekomsten av hudkreft i fremtiden.

Men med gamma og røntgen er situasjonen en helt annen. Jordas atmosfære ville absorbere denne typen stråling, og konsekvensene ville bli mye verre enn i tilfellet med en nærliggende supernova.

Den mest direkte konsekvensen ville være en kraftig elektromagnetisk puls, mye kraftigere enn den som ble generert på Hawaii under kjernefysiske tester av Starfish Prime-enheten. I dette tilfellet ville EMP (elektromagnetisk puls - ca. TASS) øyeblikkelig ødelegge enhver uskjermet elektronisk enhet i den halvkule av jorden, som var rettet mot utbruddet. Datamaskiner, telefoner, fly, biler, alle gjenstander med elektronikk ville slutte å fungere. Dette gjelder også kraftsystemer: store strømmer vil bli injisert inn i kraftledningene, noe som får dem til å overbelaste. Folk ville vært uten strøm og uten noen form for langdistansekommunikasjon (utstyret til alle satellitter ville uansett ha brent ut av gammastråling). Dette ville ikke bare være en ulempe, fordi det betyr at sykehus, brannvesen og andre nødetater også ville være uten strøm.

Men, som vi vil se om et øyeblikk, trenger vi kanskje ikke nødetater …

Konsekvensene for jordens atmosfære ville bli alvorlige. Forskere studerer denne situasjonen nøye. Ved å bruke de samme modellene beskrevet i kapittel 3, og forutsatt at GRB stammet fra Etas avstand, bestemte de hva konsekvensene ville bli. Og disse konsekvensene er ikke i det hele tatt oppmuntrende.

Ozonlaget ville bli hardt rammet. Gammastrålene fra eksplosjonen ville fullstendig ødelegge ozonmolekylene. Ozonlaget på verdensbasis vil reduseres med gjennomsnittlig 35 %, og i enkelte utvalgte regioner vil det reduseres med mer enn 50 %. Dette er utrolig skadelig i seg selv - vel å merke, våre nåværende ozonproblemer er forårsaket av en relativt liten nedgang, bare 3 % eller så.

Konsekvensene av dette er svært langsiktige og kan vare i årevis – selv etter fem år kan ozonlaget forbli 10 % tynnere. I løpet av denne tiden vil UV-stråling fra solen være mer intens på jordoverflaten. Mikroorganismene som utgjør ryggraden i næringskjeden er svært følsomme for det. Mange ville dø, noe som førte til utryddelse av andre arter høyere opp i næringskjeden.

For å toppe det hele, ville det rødbrune nitrogendioksidet generert av gammastråleutbruddet fra Eta Carina (se kapittel 2 og 3) betydelig redusere mengden sollys som når jorden.

De eksakte konsekvensene av dette er vanskelig å fastslå, men det virker sannsynlig at en reduksjon i mengden sollys på hele jorden med til og med noen få prosent (nitrogendioksid ville spre seg gjennom atmosfæren) vil føre til en betydelig avkjøling av jorden og kan antagelig bli en initierende faktor for istiden.

I tillegg vil det være nok salpetersyre i den kjemiske blandingen som sur nedbør ville representert, og dette ville også teoretisk sett ha ødeleggende konsekvenser for miljøet.

Deretter er det et problem med subatomære partikler (kosmiske stråler) fra utbruddet. Hvilken skade som ville blitt av dem er ikke kjent konkret. Men, som vi diskuterte i kapittel 2 og 3, kan høyenergipartikler ha en lang rekke konsekvenser på jorden. Et gammastråleutbrudd 7500 lysår unna ville sende et stort antall subatomære partikler inn i atmosfæren vår, og de ville fly med en hastighet litt mindre enn lysets hastighet. Bare noen timer etter at utbruddet dukket opp, ville de allerede ha brast inn i atmosfæren vår og strømmet ut en dusj av myoner. Vi observerer stadig myoner som kommer fra verdensrommet, men i små mengder. Imidlertid ville en nærliggende GRB generere en masse myoner. En gruppe astronomer regnet ut at opptil 46 milliarder myoner per cm2 ville falle på jordoverflaten over hele utbruddshalvkulen. Noe du får ut av dette, så bare husk at en nærliggende utbrudd av gammastråling er dårlig - forfatterens notat). Det ser ut til at dette er mye - vel, ja, det er det. Disse partiklene ville fosse ut av himmelen og bli absorbert av det som måtte komme i veien. Med tanke på hvor godt kroppsvev kan absorbere myoner, fant astronomene som utførte beregningen at en ubeskyttet person ville motta en strålingsdose som er titalls ganger høyere enn den dødelige dosen. Å gjemme seg vil ikke hjelpe mye: myoner kan trenge ned i vann til en dybde på nesten 2 km og opptil 800 m inn i steiner! Derfor ville nesten alt liv på jorden bli påvirket.

Så ozonnedbryting ville ikke være en så stor sak. Da det ble et problem, ville de fleste av dyrene og plantene på jorden vært døde for lenge siden.

Dette er marerittscenariet beskrevet i begynnelsen av dette kapittelet. Men før du begynner å få panikk, husk: Eta Carinas mulige gammastråleutbrudd vil absolutt ikke bli rettet i vår retning. Men før vi runder av, vil jeg si at det er en annen mulig stamfader til gammastråleutbruddet, som vi må huske. Den heter WR 104 og er tilfeldigvis omtrent like langt unna oss som Eta. WR 104 er et binært system, hvor en av stjernene er et oppblåst massivt beist som nærmer seg slutten av livet. Det kan eksplodere og sende ut et gammastråleutbrudd, og det kan være rettet mer eller mindre mot oss, men begge disse antakelsene er unøyaktige. Etter all sannsynlighet truer ikke dette monsteret oss heller, men det er verdt å nevne.