چه زمانی زمین توسط یک انفجار پرتو گاما غلبه خواهد کرد و چرا همه موجودات زنده خواهند مرد

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

همانطور که Plait در Death From Above می نویسد، انفجار پرتو گاما چشمگیرترین رویداد از زمان انفجار بزرگ است. هیچ انفجار دیگری تکرار نمی شود، اما همه آنها به دلیل فجایع در مقیاس کهکشانی به وجود می آیند: زمانی که ستارگان بسیار بزرگ می میرند، "سوختن" متوقف می شود و تحت تأثیر گرانش خود یا، احتمالاً به دلیل برخورد دو ستاره نوترونی، متوقف می شوند. (اشیاء به اندازه شهر، اما با جرم، مانند یک یا دو خورشید).

در چنین مواردی، انرژی نه به طور یکنواخت در همه جهات، بلکه در پرتوهای جهت دار خارج می شود. این رویداد به قدری باشکوه است که گاهی می توان میلیاردها (!) سال نوری با چشم غیر مسلح دید. اگر چنین پرتویی به زمین برخورد کند چه اتفاقی می افتد؟

بیایید فرض کنیم که GRB بسیار نزدیک اتفاق افتاده است: 100 سال نوری از ما. حتی در چنین فاصله نزدیک، قطر پرتو انفجار پرتو گاما غول آسا، 80 تریلیون کیلومتر خواهد بود. این بدان معنی است که کل زمین، کل منظومه شمسی توسط آن بلعیده می شود، مانند یک کک شنی که توسط یک سونامی اسیر شده است.

خوشبختانه، GRB ها عمر نسبتاً کوتاهی دارند، بنابراین پرتو در کمتر از یک ثانیه تا چند دقیقه به ما برخورد می کند. میانگین انفجار حدود ده ثانیه طول می کشد.

این در مقایسه با چرخش زمین طولانی نیست، بنابراین پرتو تنها به یک نیمکره برخورد می کند. نیمکره دوم نسبتا امن خواهد بود … حداقل برای مدتی. وخیم‌ترین عواقب در مکان‌هایی است که مستقیماً زیر فوران پرتو گاما (جایی که شعله مستقیماً در بالای سر، در نقطه اوج قابل مشاهده است) و در مکان‌هایی که شعله در افق قابل مشاهده است حداقل خواهد بود. اما با این حال، همانطور که خواهیم دید، هیچ مکانی روی زمین کاملا امن نخواهد بود.

انرژی افسارگسیخته ای که روی زمین ریخته می شود بسیار زیاد است. این بیشتر از بدترین کابوس‌های جنگ سرد است: مانند انفجار یک بمب هسته‌ای یک مگاتونی از سمت انفجار پرتو گاما در هر 2.5 کیلومتر مربع از کره زمین است. این (احتمالا) برای جوشاندن اقیانوس ها یا جدا کردن جو از زمین کافی نیست، اما تخریب آن فراتر از درک است.

به خاطر داشته باشید، همه اینها از یک شی است که در فاصله 900 تریلیون کیلومتری قرار دارد.

هرکسی که در زمان فلاش به آسمان نگاه می‌کند، می‌تواند کور شود، اگرچه اوج روشنایی در محدوده مرئی احتمالاً تنها پس از چند ثانیه به دست می‌آید - به اندازه‌ای که تکان بخورد و دور شود. نه اینکه خیلی کمک کرد.

کسانی که در آن لحظه در خیابان گرفتار می شدند، مشکلات بزرگی داشتند. حتی اگر آنها در اثر گرما نمی سوختند - و می سوختند - بلافاصله یک سوختگی کشنده از جریان عظیم پرتو فرابنفش دریافت می کردند. لایه اوزون به معنای واقعی کلمه فوراً از بین می‌رود و پرتوهای فرابنفش هم از انفجار پرتو گاما و هم خورشید آزادانه به سطح زمین می‌رسند و آن را و همچنین اقیانوس‌ها را تا عمق چندین متری بی‌ثمر می‌سازند.

و این فقط از اشعه ماوراء بنفش و گرما است. حتی ذکر اثرات بسیار بدتر قرار گرفتن در معرض اشعه گاما و اشعه ایکس بی رحمانه به نظر می رسد.

در عوض، بیایید کمی منحرف شویم. انفجار اشعه گاما فوق العاده نادر است. در حالی که به احتمال زیاد آنها چندین بار در روز در جایی در جهان رخ می دهند، خود جهان بسیار بزرگ است. در حال حاضر، احتمال وقوع یکی از آنها در فاصله 100 سال نوری از ما صفر است. کامل، صفر مطلق مطلقاً هیچ ستاره ای در نزدیکی ما وجود ندارد که بتواند، در اصل، یک انفجار پرتو گاما ایجاد کند.نزدیکترین نامزد ابرنواختر دورتر است و GRBها بسیار نادرتر از ابرنواخترها هستند.

احساس بهتری دارید؟ باشه. حالا بیایید یک رویکرد واقع بینانه تر را امتحان کنیم. نزدیکترین کاندید برای منابع انفجار پرتو گاما چیست؟

در آسمان نیمکره جنوبی یک ستاره غیرمسلح با چشم غیر مسلح وجود دارد. آن را Eta Carinae یا به سادگی Eta می نامند، ستاره ای کم نور در انبوهی از ستاره های درخشان تر. با این حال، نور کم او فریب می دهد و خشم خود را پشت آن پنهان می کند. در واقع حدود 7500 سال نوری از ما فاصله دارد - در واقع دورترین ستاره ای است که می توان با چشم غیر مسلح دید.

خود ستاره (در واقع، اتا ممکن است یک سیستم دوتایی باشد، دو ستاره به دور یکدیگر می چرخند. مواد اطراف ستاره چنان درخشندگی و تداخل ایجاد می کند که ستاره شناسان هنوز صد در صد مطمئن نیستند) یک هیولا است: جرم آن می تواند 100 باشد. برابر جرم خورشید یا بیشتر، و 5 میلیون برابر بیشتر از خورشید انرژی ساطع می کند - در یک ثانیه به اندازه خورشید در دو ماه نور ساطع می کند. اتا هر از گاهی دچار اسپاسم می شود و مقادیر زیادی ماده را به بیرون می فرستد. در سال 1843، او چنان تشنج شدیدی داشت که به دومین ستاره درخشان در آسمان تبدیل شد، حتی در فاصله بسیار زیاد. مقادیر عظیمی از ماده بیش از ده برابر جرم خورشید را با سرعتی بیش از 1.5 میلیون کیلومتر در ساعت به بیرون پرتاب کرد. امروز ما عواقب آن انفجار را به شکل دو ابر عظیم از ماده واگرا می بینیم که شبیه شلیک یک تفنگ فضایی است. آن رویداد تقریباً به اندازه ابرنواختر قدرتمند بود.

اتا تمام ویژگی های یک GRB قریب الوقوع را دارد. مطمئناً مانند یک ابرنواختر منفجر خواهد شد، اما معلوم نیست که آیا یک انفجار پرتو گاما از نوع هایپرنووا خواهد بود یا خیر. همچنین باید توجه داشت که اگر منفجر شود و یک انفجار پرتو گاما منتشر کند، جهت گیری این سیستم به گونه ای است که پرتو به زمین برخورد نمی کند. ما می‌توانیم این را از روی هندسه ابرهای گازی بیرون زده در طی تصرف سال 1843 تعیین کنیم: بخش‌هایی از گاز متورم شده نسبت به ما با زاویه حدود 45 درجه کج می‌شوند و هرگونه انفجار پرتو گاما در امتداد آن محور هدایت می‌شود. اجازه دهید به طور دقیق تر توضیح دهم: در کوتاه مدت یا حتی میان مدت، انفجار پرتو گاما از Eta یا جاهای دیگر ما را تهدید نمی کند.

اما هنوز هم جالب است که به "چه می شد اگر". چه می شد اگر اتا ما را هدف قرار می داد و به یک هایپرنوا تبدیل می شد؟ آن وقت چه اتفاقی می افتد؟

باز هم چیز خوبی نیست علیرغم این واقعیت که حتی از نظر روشنایی به خورشید نزدیک نمی شود، به اندازه ماه درخشنده یا حتی ده برابر روشن تر خواهد بود. شما نمی‌توانید بدون چشمک زدن به آن نگاه کنید، اما این روشنایی تنها چند ثانیه یا چند دقیقه طول می‌کشد، بنابراین احتمالاً هیچ آسیب طولانی‌مدتی به چرخه‌های زندگی گیاهان یا جانوران وارد نمی‌شود.

پرتو فرابنفش شدید اما کوتاه خواهد بود. افرادی که در خارج از منزل هستند آفتاب سوختگی متوسطی را تجربه خواهند کرد، اما احتمالاً در آینده افزایش آماری قابل توجهی در بروز سرطان پوست وجود نخواهد داشت.

اما در مورد گاما و اشعه ایکس، وضعیت کاملاً متفاوت است. جو زمین این نوع تشعشعات را جذب می کند و عواقب آن بسیار بدتر از یک ابرنواختر مجاور خواهد بود.

مستقیم ترین پیامد آن یک پالس الکترومغناطیسی قدرتمند خواهد بود، بسیار قوی تر از پالس تولید شده در هاوایی در طول آزمایش های هسته ای دستگاه Starfish Prime. در این مورد، EMP (پالس الکترومغناطیسی - تقریباً TASS) فوراً هر وسیله الکترونیکی بدون محافظی را در آن نیمکره زمین که به سمت انفجار هدایت شده بود، از بین می برد. رایانه ها، تلفن ها، هواپیماها، اتومبیل ها، هر شیئی که دارای وسایل الکترونیکی باشد از کار می افتد. این در مورد سیستم های قدرت نیز صدق می کند: جریان های عظیمی به خطوط برق تزریق می شود و باعث بارگذاری بیش از حد آنها می شود.مردم بدون برق و بدون هیچ وسیله ارتباطی از راه دور خواهند بود (به هر حال تجهیزات همه ماهواره ها در اثر تشعشعات گاما می سوختند). این فقط یک ناراحتی نخواهد بود، زیرا به این معنی است که بیمارستان ها، آتش نشانی ها و سایر خدمات اورژانس نیز بدون برق خواهند بود.

اما همانطور که در یک لحظه خواهیم دید، ممکن است نیازی به خدمات اضطراری نداشته باشیم …

عواقب آن برای جو زمین شدید خواهد بود. دانشمندان در حال مطالعه دقیق این وضعیت هستند. با استفاده از همان مدل‌هایی که در فصل 3 توضیح داده شد، و با فرض اینکه GRB از فاصله Eta سرچشمه می‌گیرد، آنها تعیین کردند که چه عواقبی خواهد داشت. و این عواقب اصلا دلگرم کننده نیست.

لایه اوزون به شدت ضربه می خورد. پرتوهای گاما ناشی از انفجار مولکول های ازن را کاملاً از بین می برد. لایه ازن در سراسر جهان به طور متوسط 35 درصد کاهش می یابد و در برخی مناطق انتخاب شده بیش از 50 درصد کاهش می یابد. این به خودی خود فوق‌العاده مضر است - توجه داشته باشید، مشکلات کنونی ازن ما به دلیل کاهش نسبتاً کوچک، فقط 3٪ یا بیشتر، ایجاد می‌شود.

عواقب این امر بسیار طولانی مدت است و می تواند برای سال ها ادامه داشته باشد - حتی پس از پنج سال، لایه اوزون می تواند 10٪ نازک تر باقی بماند. در این مدت، تشعشعات فرابنفش خورشید در سطح زمین شدیدتر خواهد بود. میکروارگانیسم هایی که ستون فقرات زنجیره غذایی را تشکیل می دهند به آن بسیار حساس هستند. بسیاری از آنها می میرند و منجر به انقراض نهایی سایر گونه های بالاتر از زنجیره غذایی می شود.

علاوه بر همه اینها، دی اکسید نیتروژن قهوه ای مایل به قرمز تولید شده توسط انفجار پرتو گاما از اتا کارینا (به فصل های 2 و 3 مراجعه کنید) میزان نور خورشید را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.

تعیین عواقب دقیق این امر دشوار است، اما به نظر می رسد که کاهش مقدار نور خورشید در کل زمین حتی چند درصد (دی اکسید نیتروژن در سراسر جو پخش می شود) منجر به خنک شدن قابل توجه زمین و احتمالاً می تواند عامل آغازین عصر یخبندان باشد.

علاوه بر این، اسید نیتریک به اندازه کافی در مخلوط شیمیایی وجود دارد که باران اسیدی نشان دهنده آن است، و این نیز از نظر تئوری پیامدهای مخربی برای محیط زیست خواهد داشت.

بعد، مشکل ذرات زیر اتمی (پرتوهای کیهانی) ناشی از انفجار وجود دارد. به طور خاص مشخص نیست که چه خسارتی از آنها وارد می شود. اما، همانطور که در فصل های 2 و 3 بحث کردیم، ذرات پرانرژی می توانند پیامدهای گسترده ای بر روی زمین داشته باشند. انفجار پرتو گاما در فاصله 7500 سال نوری از ما، تعداد زیادی ذرات زیر اتمی را به جو ما می فرستد و آنها با سرعت کمی کمتر از سرعت نور پرواز می کنند. فقط چند ساعت پس از ظهور فوران، آنها قبلاً به جو ما نفوذ کرده بودند و بارانی از میون ها را می ریختند. ما دائماً میون هایی را مشاهده می کنیم که از فضا می رسند، اما در مقادیر کم. با این حال، یک GRB در نزدیکی توده ای از میون تولید می کند. یک گروه از اخترشناسان محاسبه کردند که تا 46 میلیارد میون در هر سانتی متر مربع بر روی سطح زمین در سراسر نیمکره انفجاری می افتد. به نظر می رسد که این مقدار زیادی است - خوب، بله، همینطور است. این ذرات از آسمان بیرون می‌آیند و هر چیزی که سر راهشان قرار می‌گیرد جذب می‌شود. با توجه به اینکه بافت‌های بدن چقدر می‌توانند میون‌ها را جذب کنند، اخترشناسانی که این محاسبات را انجام دادند دریافتند که یک فرد محافظت نشده دوز تشعشع را ده‌ها برابر بیشتر از دوز کشنده دریافت می‌کند. پنهان شدن کمک چندانی نخواهد کرد: میون ها می توانند تا عمق تقریباً 2 کیلومتری در آب و تا عمق 800 متری در سنگ ها نفوذ کنند! بنابراین، تقریباً تمام حیات روی زمین تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.

بنابراین تخریب لایه لایه لایه لایه لایه اوزون چندان مشکل بزرگی نخواهد بود.زمانی که این مشکل به وجود آمد، بیشتر حیوانات و گیاهان روی زمین مدت‌ها پیش مرده بودند.

این همان سناریوی کابوس است که در ابتدای این فصل توضیح داده شد. با این حال، قبل از شروع وحشت، به یاد داشته باشید: انفجار احتمالی اشعه گاما اتا کارینا مطمئناً در جهت ما نخواهد بود. اما قبل از پایان، می‌گویم که یک عامل احتمالی دیگر برای انفجار پرتو گاما وجود دارد که باید آن را به خاطر بسپاریم. WR 104 نامیده می شود و به طور تصادفی تقریباً به اندازه Eta از ما فاصله دارد. WR 104 یک منظومه دوتایی است که یکی از ستارگان آن یک جانور بزرگ پف کرده است که به پایان عمر خود نزدیک می شود. ممکن است منفجر شود، یک انفجار پرتو گاما ساطع کند، و ممکن است کم و بیش به سمت ما باشد، اما هر دوی این فرضیات نادرست هستند. به احتمال زیاد این هیولا ما را هم تهدید نمی کند اما قابل ذکر است.