Így pusztulhat ki az élet a Földön

Egy Földhöz közeli gamma-kitörés súlyos fenyegetést jelentene az emberi civilizációra

Az Egyesült Államokban az 1960-as évek derekán a szovjet titkos nukleáris kísérletek megfigyelésére állították pályára a Pentagon Vela műholdjait. Az egyik kémműhold 1967-ben egy olyan rendkívül nagy energiájú sugárzást detektált, ami nem volt földi eredetű, hanem a világűr mélyéről érkezett. A Vela-program 1973-ig titkosított észlelései hatására kezdődött el a világegyetem legfényesebb jelenségei, a titokzatos gamma-kitörések tudományos vizsgálata.

Hidegháborús hisztéria szülte a döbbenetes felfedezést

A gamma-kitörések ( Gamma-ray Brust, GRB) olyan, az univerzum látszólag véletlenszerű vidékeiről érkező gamma-felvillanások, amelyek 10-20 milliszekundumtól legfeljebb néhány percig tartanak, és gyakran nagyobb hullámhosszokon való utófénylés követi ezeket a röntgen, ultraibolya, infravörös valamint a látható fény tartományában, illetve rádióhullámok formájában. (Ezt nevezik utófénylésnek, a szerk.) A jelenlegi ismereteink szerint a gamma-kitörések a világegyetem legfényesebb és rendkívül nagy energiájú jelenségei.

Egy távoli galaxisban történt gamma-kitörés művészi ábrája Forrás: NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones

A gamma-kitörések felfedezése sajátos módon a hidegháború szuperhatalmainak szembenállására volt visszavezethető. A korszak két nukleáris nagyhatalma, az Amerikai Egyesült Államok és a Szovjetunió éberen figyelte egymás atomkísérleteit.

Az 1960-as évektől ebben egyre nagyobb szerepet kaptak a kémműholdak.

A Pentagon a Vela-program keretében több olyan katonai műholdat is földkörüli pályára állított, amelyeknek a titkos szovjet űrbéli nukleáris tesztekkel együttjáró gamma-sugárzást kellett detektálniuk.

Az 1960-as években fejlesztették ki a Pentagon számára a gammasugárzás észlelésére alkalmas Vela műholdakat Forrás: Los Alamos National Laboratory

Noha a Vela műholdak sohasem észleltek a kozmoszban végrehajtott nukleáris tesztet, de több, a mélyűrből érkező gamma-felvillanást is detektáltak. A katonai titoknak nyilvánított észleléseket 1973-ban nyilvánossá tették, elindítva ezzel a gamma-kitörések széleskörű tudományos vizsgálatát.

A Vela kémműhold művészi ábrája Forrás: Phys.org

A nagy energiájú kozmikus gamma-kitöréseket egyébként az amerikai Apolló, valamint a szovjet Venyera-program küldetései is megerősítették.

Komoly fejtörést okozott a tudósoknak a rejtélyes kozmikus jelenség

Sokáig nem tudták mire vélni a gamma-kitörések eredetét. Voltak olyan teóriák, amelyek közeli, Tejútrendszeren belüli forrásokat feltételeztek, ám a megfigyelések számának növekedésével egyre általánosabbá vált az a felfogás, hogy a gamma-felvillanások a távoli galaxisokból érkeznek.

A Compton-űrtávcsövet a gamma-kitörések észlelésére állították pályára Forrás: NASA-JPL/Caltech

Az 1990-es évekre a Compton-űrtávcső gyűjtötte adatoknak köszönhetően már csak két elmélet maradt versenyben a gamma-felvillanások forrását illetően: az egyik szerint a Tejútrendszert körülvevő galaktikus haló vidékéről érkeznek, a másik teória viszont ennél jóval távolabbra, a lokális csoporton kívüli galaxisok vidékére tette az eredetüket.

Tejútrendszerünk legnagyobb szomszédja az Androméda-galaxis. Mellette két szatellitgalaxist lehet megfigyelni. A Tejútrendszer az Androméda-galaxissal és harminc másik kisebb galaxissal együtt alkotja a lokális csoportot Forrás: Adam Block/University of Arizona

( A lokális galaxiscsoportba a Tejútrendszer és a hozzánk legközelebb fekvő csillagváros, az Androméda-galaxis tartozik, nagyjából harminc kisebb illetve törpegalaxissal együtt.) A gamma-kitörések egyébként két jól körülhatárolható csoportba osztályozhatók, az egyikbe az úgynevezett rövid időtartamú erős-spektrum kitörések (rövid kitörések), a másikba pedig a hosszabb, lágy-spektrum kitörések tartoznak. Az első csoportot a legfeljebb kettő másodperces felfénylés és nagyobb energiájú fotonok, a másodikat pedig a hosszabb, néhány perces lumniozitás és gyengébb energiájú fotonok jellemzik.

Egy összeroskadó csillag által produkált gamma-kitörés (művészi illusztráció) Forrás: DESY, Science Communication Lab

A rejtélyesnek tűnő gamma-kitöréseket egészen 1997-ig egyetlen kozmikus objektumhoz sem sikerült társítani, amikor is a BeppoSAX műhold röntgenkamerája egy gamma-kitörés helyén gyengülő röntgensugárzást detektált. A felvillanás koordinátáinál a kitörés elhalványulása után

a földi optikai teleszkópok egy nagyon távoli galaxist azonosítottak.

A gamma-kitörést követő halvány, nagyobb hullámhosszú sugárzás – az úgynevezett utófénylés – megtalálása végleg eldöntötte a több évtizedes vitát, mert bebizonyosodott, hogy ezek a roppant nagy energiájú és fényes jelenségek extragalaktikus eredetűek.

Százmilliárdszor fényesebb a Napnál, és milliárdszor egy szuper-nóvánál

A tudomány jelenlegi álláspontja szerint kétféle módon keletkezhet gamma-kitörés. Egyrészt akkor, ha egy legalább negyven-ötvenszeres naptömegű csillag a gravitációs kollapszus révén fekete lyukká alakul, másrészt pedig két szupersűrű, egymás körül keringő neutroncsillag összeolvadása esetén. Sylvia Zhu, a DESY asztrofizikusa szerint sokáig kizártnak tartották, hogy bármilyen kozmikus objektum képes lenne akkora energia kibocsátásra, mint amivel egy-egy gamma-kitörés jár együtt.

Két ütköző neutroncsillag művész ábrája Forrás: A. SIMONNET/SONOMA STATE UNIV., LIGO, NSF (EDITED BY MIT NEWS)

A gamma-kitörés ugyanannyi energiát szabadít fel mint egy szupernóva-robbanás, csakhogy, amíg ez utóbbi hosszú hetek alatt, addig a gamma-kitörés egy-két másodpercen belül szabadítja fel ezt. A másik nehezen megmagyarázható jelenség, hogy a gamma-kitörés csúcsfényessége százmilliárdszorosa a Napénak, és milliárdszor fényesebb a szupernóva-robbanásnál. Érdemes megjegyezni, hogy egy-egy szupernóva fényessége elérheti a saját galaxisában lévő összes csillag együttes fényességét, ami általában több milliárd, de akár százmilliárdnál is több csillagot jelenthet.

Az NGC 4526 spirálgalaxisban fellángolt SN 1994D Ia típusú szupernóva (balra lent) Egy-egy szupernóva fényessége elérheti a galaxisa összes csillagának együttes fényességét Forrás: NASA/ESA/ Hubble Space Telescope

A gamma-kitörések egyáltalán nem számítanak ritka jelenségnek az univerzumban, hiszen az 1960-as évek óta több ezer gamma-felvillanást észleltek, viszont az is igaz, hogy ezek kivétel nékül a Tejútrendszertől távoli galaxisokból érkeztek. Egyelőre nincsen semmi nyoma, hogy a szűkebb kozmikus környezetünkben történt-e gamma-kitörés a közelebbi, vagy akár a távoli múltban. Viszont önként adódó kérdés, hogy mi történne a Földdel, ha egy ilyen iszonyatos energia felszabadulással járó esemény következne be a galaktikus környezetünkben.

Bizonyos, hogy elpusztítaná a földi élővilágot

Noha a gammasugarak nem tudnák elérni a földfelszínt az alsó és sűrűbb légrétegek elnyelő hatása miatt, de ennek ellenére is pusztítóak lennének a következmények. Sylvia Zhu szerint ha a Tejútrendszeren belül történne egy úgynevezett hosszú gamma-kitörés, az végzetes hatással járna a földi élővilágra.

Egy Földhöz relatíve közeli gamma-kitörés súlyos fenyegetést jelentene az emberi civilizációra Forrás: Ron Miller

A sugárzás ugyanis megsemmisítené a magas légkörben, a sztratoszférában húzódó ózonpajzsot, így a gyilkos hatású ultraibolya sugárzás akadálytalanul elérhetné a felszínt. Az erőteljes gamma-sugárzás hatására az atmoszférát alkotó oxigén és nitrogénatomok stabilitása is felborulna,

és teljesen átalakulna a légkör, ami szintén halálos fenyegetést jelentene a bioszférára.

Egy másik forgatókönyv szerint a rövid gamma-kitöréseknek is hasonló hatása lenne; az ózonréteg lebomlásával a rendkívül káros ultraibolya sugárzástól semmi sem védené meg a földi élővilágot.

Egy gammasugarakat kilövellő gamma-kitörés illusztrációja. Ha a nyalábok pontosan a Föld irányába tartanak, az erre a célra tervezett teleszkópok érzékelhetik a jelenséget. Ha elvétik bolygónkat, akkor a lökéshullámok még árulkodhatnak a kozmikus katasztrófáról Forrás: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF/https://public.nrao.edu/mediause/Nrao/Aui/Nsf

Nagyon nehezen megválaszolható kérdés, hogy a távoli múltban történt-e már a galaxisunkon belül gamma-kitörés. A földtörténeti múltból származó kőzetrétegekbe bezárt ősmaradványok és más geológiai bizonyítékok nem támasztják alá azt, hogy az elmúlt százmillió évben lett volna olyan tömeges fajkihalás, amit egy Tejútrendszeren belüli gamma-kitörés okozott. Hogy mit hozhat a jövő, azt természetesen nem lehet előre megjósolni, de annyi bizonyos, egy kozmikus értelemben vett közeli gamma-kitörés a jelenlegi ismereteink szerint a földi élővilág és az emberi civilizáció végét jelentené.