Wanneer die aarde deur 'n gamma-straal uitbarsting oorval sal word en waarom alle lewende dinge sal sterf

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Soos Plait in Death From Above skryf, is 'n gammastraaluitbarsting die treffendste gebeurtenis sedert die Oerknal. Geen so 'n uitbarsting herhaal 'n ander nie, maar hulle ontstaan almal as gevolg van katastrofes van 'n galaktiese skaal: wanneer baie groot sterre sterf, ophou om te "brand" en ineenstort onder die invloed van hul eie swaartekrag of, vermoedelik, as gevolg van die botsing van twee neutronsterre (voorwerpe die grootte van die stad, maar met 'n massa, soos een of twee sonne).

In sulke gevalle word die energie nie eweredig in alle rigtings uitgestoot nie, maar in gerigte strale. Hierdie gebeurtenis is so grandioos dat dit soms met die blote oog gesien kan word vir biljoene (!) Ligjare. Wat sal gebeur as so 'n straal die Aarde tref?

Kom ons neem aan dat die GRB baie naby gebeur het: 100 ligjare weg. Selfs op so 'n kort afstand sou die deursnee van die gammastraal-uitbarstingsstraal reusagtig wees, 80 biljoen km. Dit beteken dat die hele aarde, die hele sonnestelsel daardeur opgesluk sou word, soos 'n sandvlooi wat deur 'n tsoenami gevang is.

Gelukkig is GRB'e relatief kortstondig, so die straal sal ons binne minder as 'n sekonde tot 'n paar minute tref. Die gemiddelde sarsie duur ongeveer tien sekondes.

Dit is nie lank in vergelyking met die rotasie van die Aarde nie, so die straal sal slegs een halfrond tref. Die tweede halfrond sou relatief veilig wees … ten minste vir 'n geruime tyd. Die ergste gevolge sal wees op plekke direk onder die gammastraal-uitbarsting (waar die opvlam direk bo-op die hoogtepunt sigbaar sal wees), en minimaal waar die opvlam op die horison sigbaar sal wees. Maar tog, soos ons sal sien, sal geen plek op aarde heeltemal veilig wees nie.

Die ongebreidelde energie wat op aarde gestort sou word, is oorweldigend. Dit is meer as die ergste nagmerries van die Koue Oorlog: dit is soos om 'n een megaton-kernbom van die kant van 'n gammastraal-uitbarsting oor elke 2,5 km2 van die planeet te laat ontplof. Dit is (waarskynlik) nie genoeg om die oseane te laat kook of om die atmosfeer van die aarde af te ruk nie, maar die vernietiging sal die verstand te bowe gaan.

Hou in gedagte, dit alles is van 'n voorwerp wat op 'n afstand van 900 triljoen km geleë is.

Enigiemand wat na die lug kyk ten tyde van die flits kan blind word, hoewel die hoogtepunt van helderheid in die sigbare reeks waarskynlik eers na 'n paar sekondes bereik sal word - genoeg om te skrik en weg te draai. Nie dat dit veel gehelp het nie.

Diegene wat op daardie oomblik op straat betrap sou word, sou groot probleme gehad het. Selfs as hulle nie deur die hitte verbrand is nie – en hulle sou gewees het – sou hulle dadelik 'n dodelike brandwond gekry het van 'n groot stroom ultravioletstraling. Die osoonlaag sou letterlik onmiddellik vernietig word, en UV-straling van beide die gammastraaluitbarsting en die Son sou vrylik die Aarde se oppervlak bereik, wat dit, sowel as die oseane, onvrugbaar maak tot 'n diepte van etlike meters.

En dit is slegs van UV-straling en hitte. Dit lyk wreed om selfs die veel, veel erger gevolge van blootstelling aan gamma- en X-strale te noem.

Kom ons dwaal eerder 'n bietjie af. Gammastraaluitbarstings is ongelooflik skaars. Alhoewel hulle heel waarskynlik verskeie kere per dag iewers in die heelal voorkom, is die heelal self baie groot. Tans is die waarskynlikheid dat een van hulle op 'n afstand van 100 ligjare van ons af sal voorkom nul. Perfekte, absolute nul. Daar is absoluut geen sterre naby ons wat in beginsel 'n gammastraaluitbarsting kan genereer nie. Die naaste supernovakandidaat is verder weg, en GRB's is baie skaarser as supernovas.

Voel beter? Goed. Kom ons probeer nou 'n meer realistiese benadering. Wat is die naaste kandidaat vir gammastraal-uitbarstingsbronne?

In die lug van die suidelike halfrond is daar 'n onopvallende ster met die blote oog. Dit word Eta Carinae genoem, of bloot Eta, 'n dowwe ster in 'n skare helderder sterre. Haar flou lig bedrieg egter en verberg haar woede daaragter. Dit is eintlik sowat 7 500 ligjare ver – trouens die verste ster wat met die blote oog gesien kan word.

Die ster self (trouens, Eta is dalk 'n binêre stelsel, twee sterre wat om mekaar wentel. Die materiaal rondom die ster gee soveel helderheid en interferensie dat sterrekundiges steeds nie honderd persent seker is nie) is 'n monster: sy massa kan 100 wees keer die massa van die Son of meer, en dit straal 5 miljoen keer meer energie uit as die Son – in een sekonde straal dit soveel lig uit as wat die Son in twee maande sal uitstraal. Van tyd tot tyd het Eta spasmas, en sy spoeg groot hoeveelhede materie uit. In 1843 het sy so 'n gewelddadige aanval gehad dat sy die tweede helderste ster in die lug geword het, selfs op so 'n groot afstand. Dit het reusagtige hoeveelhede materie van meer as tien keer die massa van die Son uitgegooi teen snelhede van meer as 1,5 miljoen km/h. Vandag sien ons die gevolge van daardie ontploffing in die vorm van twee groot wolke van uiteenlopende materie, soortgelyk aan die skoot van 'n ruimtegeweer. Daardie gebeurtenis was amper so kragtig soos die supernova.

Eta het al die kenmerke van 'n naderende GRB. Dit sal sekerlik soos 'n supernova ontplof, maar dit is nie bekend of dit 'n hipernova-tipe gammastraaluitbarsting sal wees of nie. Daar moet ook op gelet word dat as dit ontplof en 'n gammastraaluitbarsting uitstraal, die oriëntasie van hierdie stelsel so is dat die straal nie die Aarde sal tref nie. Ons kan dit bepaal uit die geometrie van die gaswolke wat tydens die beslaglegging van 1843 uitgeskiet is: die gedeeltes van die swelgas is gekantel relatief tot ons teen 'n hoek van ongeveer 45 °, en enige gammastraal-uitbarstings sal langs daardie as gerig word. Kom ek verduidelik meer spesifiek: op kort of selfs medium termyn bedreig die gammastraal uitbarsting van Eta of elders ons nie.

Maar dit is steeds interessant om te dink oor “wat as”. Wat as Eta ons geteiken het en in 'n hipernova verander het? Wat sou dan gebeur?

Weereens, niks goed nie. Ten spyte van die feit dat dit nie eens in helderheid naby die Son sou kom nie, sou dit so helder soos die Maan wees, of selfs tien keer helderder. Jy kon nie daarna kyk sonder om jou oë te verkyk nie, maar daardie helderheid sal net 'n paar sekondes of minute hou, so daar sal waarskynlik geen langtermyn skade aan die lewensiklusse van flora of fauna wees nie.

Die ultravioletstraal sal intens maar kort wees. Mense in die buitelug sal matige sonbrand ervaar, maar daar is waarskynlik geen statisties beduidende toename in die voorkoms van velkanker in die toekoms nie.

Maar met gamma- en X-strale is die situasie heeltemal anders. Die aarde se atmosfeer sou hierdie tipe straling absorbeer, en die gevolge sou baie erger wees as in die geval van 'n nabygeleë supernova.

Die mees direkte gevolg sou 'n kragtige elektromagnetiese puls wees, baie kragtiger as die een wat in Hawaii tydens die kerntoetse van die Starfish Prime-toestel gegenereer word. In hierdie geval sal EMP (elektromagnetiese puls - ongeveer TASS) onmiddellik enige onbeskermde elektroniese toestel in daardie halfrond van die Aarde vernietig, wat na die uitbarsting gerig is. Rekenaars, telefone, vliegtuie, motors, enige voorwerp met elektronika sal ophou werk. Dit geld ook vir kragstelsels: groot strome sal in die kraglyne ingespuit word, wat veroorsaak dat hulle oorlaai. Mense sou sonder elektrisiteit en sonder enige middel van langafstandkommunikasie wees (die toerusting van alle satelliete sou in elk geval van gammastraling uitgebrand het). Dit sal nie net 'n ongerief wees nie, want dit beteken hospitale, brandweer en ander nooddienste sal ook sonder elektrisiteit wees.

Maar, soos ons binne 'n oomblik sal sien, het ons dalk nie nooddienste nodig nie …

Die gevolge vir die aarde se atmosfeer sou ernstig wees. Wetenskaplikes bestudeer hierdie situasie noukeurig. Deur dieselfde modelle te gebruik wat in Hoofstuk 3 beskryf is, en met die veronderstelling dat die GRB op Eta se afstand ontstaan het, het hulle bepaal wat die gevolge sou wees. En hierdie gevolge is glad nie bemoedigend nie.

Die osoonlaag sou hard getref word. Die gammastrale van die uitbarsting sou die osoonmolekules heeltemal vernietig. Die osoonlaag wêreldwyd sal met gemiddeld 35% verminder word, en in sommige geselekteerde streke sal dit met meer as 50% verminder word. Dit is op sigself ongelooflik skadelik - let wel, ons huidige osoonprobleme word veroorsaak deur 'n relatief klein afname, slegs 3% of so.

Die gevolge hiervan is baie langtermyn en kan jare aanhou – selfs ná vyf jaar kan die osoonlaag 10% dunner bly. Gedurende hierdie tyd sou UV-straling van die Son meer intens op die Aarde se oppervlak wees. Die mikroörganismes wat die ruggraat van die voedselketting vorm, is baie sensitief daarvoor. Baie sou sterf, wat lei tot die uiteindelike uitsterwing van ander spesies hoër op in die voedselketting.

Om alles te kroon, sal die rooibruin stikstofdioksied wat deur die gammastraaluitbarsting van Eta Carina gegenereer word (sien hoofstukke 2 en 3) die hoeveelheid sonlig wat die aarde bereik aansienlik verminder.

Die presiese gevolge hiervan is moeilik om te bepaal, maar dit lyk waarskynlik dat 'n afname in die hoeveelheid sonlig op die hele Aarde met selfs 'n paar persent (stikstofdioksied sal deur die atmosfeer versprei) tot 'n aansienlike afkoeling van die Aarde en kan, vermoedelik, 'n inisiërende faktor vir die ystydperk word.

Boonop sou daar genoeg salpetersuur in die chemiese mengsel wees wat suurreën sou verteenwoordig, en dit sou teoreties ook verwoestende gevolge vir die omgewing inhou.

Vervolgens is daar 'n probleem met subatomiese deeltjies (kosmiese strale) vanaf die uitbarsting. Watter skade aan hulle sou gewees het, is nie spesifiek bekend nie. Maar, soos ons in Hoofstukke 2 en 3 bespreek het, kan hoë-energiedeeltjies 'n wye verskeidenheid gevolge op Aarde hê.’n Gammastraaluitbarsting 7 500 ligjare weg sou’n groot aantal subatomiese deeltjies in ons atmosfeer stuur, en hulle sou teen’n spoed effens minder as die spoed van lig vlieg. Net 'n paar uur nadat die uitbarsting verskyn het, sou hulle reeds in ons atmosfeer ingebars het en 'n stortreën muone uitgestort het. Ons sien voortdurend muone uit die ruimte aankom, maar in klein hoeveelhede. 'n Nabygeleë GRB sal egter 'n massa muone genereer. Een groep sterrekundiges het bereken dat tot 46 biljoen muone per cm2 op die Aarde se oppervlak oor die hele gebarste halfrond sal val. Iets wat jy hieruit kry, onthou dan net dat 'n nabygeleë uitbarsting van gammastraling sleg is - skrywer se nota). Dit blyk dat dit baie is – wel, ja, dit is. Hierdie deeltjies sou uit die lug stroom en geabsorbeer word deur alles wat in hul pad kom. Met inagneming van hoe goed liggaamsweefsel muone kan absorbeer, het die sterrekundiges wat die berekening gedoen het, gevind dat 'n onbeskermde persoon 'n dosis bestraling tien maal hoër as die dodelike dosis sal ontvang. Om weg te steek sal nie veel help nie: muone kan tot 'n diepte van byna 2 km in water dring en tot 800 m in rotse! Daarom sal byna alle lewe op aarde geraak word.

So osoonuitputting sou nie so 'n groot probleem wees nie. Teen die tyd dat dit 'n probleem geword het, sou die meeste van die diere en plante op Aarde lankal dood gewees het.

Dit is die nagmerriescenario wat aan die begin van hierdie hoofstuk beskryf word. Voordat jy egter begin paniekerig raak, onthou: die moontlike gamma-straaluitbarsting van Eta Carina sal beslis nie in ons rigting gerig wees nie. Maar voor ons afrond, sal ek sê dat daar nog 'n moontlike stamvader van die gammastraaluitbarsting is, wat ons moet onthou. Dit heet WR 104 en is toevallig omtrent dieselfde afstand van ons af as Eta. WR 104 is 'n binêre stelsel, waarvan een van die sterre 'n opgeblase massiewe dier is wat die einde van sy lewe nader. Dit kan ontplof, 'n gammastraal uitbarsting uitstraal, en dit kan min of meer op ons gerig wees, maar albei hierdie aannames is onakkuraat. Na alle waarskynlikheid bedreig hierdie monster ons ook nie, maar dit is die moeite werd om te noem.