Una supernova va ‘destruir’ durant uns minuts una part de la capa d'ozó

El 9 d’octubre de 2022, alguns telescopis van captar des de l’espai un corrent de protons d’alta energia que solcava el cosmos en direcció a la Terra. Era la prova de l’explosió d’una supernova situada a 1.900 milions d’anys llum. Aquests fenòmens es coneixen com a esclats de raigs gamma i els astrònoms que han continuat estudiant el que ens ocupa indiquen que va ser “el més brillant de tots els temps”.

Ara, un equip de científics ha descobert que l’esclat va ocasionar un canvi mesurable en el nombre de partícules ionitzades presents a l’atmosfera superior de la Terra, com ara el de molècules d’ozó, que absorbeixen la radiació solar nociva.

“L’ozó va desaparèixer parcialment: va quedar destruït temporalment”, assenyala Pietro Ubertini, un astrònom de l’Institut Nacional d’Astrofísica de Roma que ha participat en la descoberta del fenomen atmosfèric. L’efecte va ser detectable tot just durant uns pocs minuts, fins que l’ozó es va recuperar per si sol. Per tant, no va ser “res de greu”, comenta el Dr. Ubertini. Ara bé, si la supernova hagués tingut lloc més a prop nostre, “hauria estat una catàstrofe”, adverteix.

El descobriment, anunciat aquesta setmana en un article publicat a la revista Nature Communications, demostra que fins i tot les explosions que es produeixen lluny del sistema solar poden influir en l’atmosfera, que pot servir-nos com un detector gegantí de fenòmens còsmics extrems.

La ionització de l’ozó

La major part de l’ozó atmosfèric es concentra en una fina capa de l’estratosfera que es troba entre 15 i 40 quilòmetres per damunt de la superfície terrestre, aproximadament. És en aquesta regió on els investigadors van descobrir un forat a la capa d’ozó sobre l’Antàrtida, provocat en gran part per l’ús d’unes substàncies químiques anomenades clorofluorocarburs que, antigament, hi havia en els difusors d’aerosols i l’escuma plàstica. La capa d’ozó absorbeix la major part de la radiació ultraviolada del Sol, la qual pot malmetre les collites i causar cremades i càncer de pell.

De les simulacions es desprèn que un esclat de raigs gamma a la Via Làctia podria arribar a eliminar la capa d’ozó de l’estratosfera durant anys, un període prou llarg per desencadenar una extinció generalitzada.

A la ionosfera, una regió situada a una altitud superior, entre 60 i 500 quilòmetres, també hi ha ozó en concentracions més minses. En aquestes altituds, té un cert efecte protector, però molt menor que si es troba en cotes més baixes.

Per estudiar els efectes que l’esclat de raigs gamma de l’any passat va tenir sobre la Terra, el Dr. Ubertini i el seu equip van cercar senyals al capdamunt de la ionosfera mitjançant dades del satèl·lit sismoelectromagnètic de la Xina, dissenyat per estudiar els canvis que es produeixen a l’atmosfera durant els terratrèmols.

Els científics van apreciar un salt brusc al camp elèctric del capdamunt de la ionosfera, el qual van relacionar amb el senyal originat per l’esclat de raigs gamma detectat pel Laboratori Internacional d’Astrofísica de Raigs Gamma de l’Agència Europea de l’Espai, una missió llançada el 2002 per observar la radiació procedent de cossos celestes distants.

Els investigadors van constatar que el camp elèctric es va multiplicar per 60. Els raigs gamma van ionitzar (bàsicament, expulsant-ne els electrons) les molècules d’ozó i nitrogen de les capes altes de l’atmosfera. Un cop ionitzada, la molècula és incapaç d’absorbir radiació ultraviolada, de manera que la Terra queda temporalment exposada a una quantitat més gran de radiació nociva procedent del Sol.

Un fenomen poc freqüent

Se sabia que els esclats de raigs gamma ionitzen les molècules de la zona més baixa de la ionosfera, fins a uns 345 quilòmetres sobre la superfície terrestre, però aquesta és la primera vegada que s’ha demostrat que les explosions còsmiques d’aquesta mena poden afectar la totalitat de la ionosfera, indica Laura Hayes, una física solar de l’Agència Espacial Europea que no ha participat en l'estudi.

És poc freqüent que els fenòmens còsmics llunyans provoquin pertorbacions atmosfèriques tan intenses, comenta Hayes. “Sortosament per a nosaltres, aquest esclat de raigs gamma era extremadament distant, per la qual cosa els seus efectes van resultar ser més una curiositat científica que no pas una amenaça”, escriu en un correu electrònic.

Segons Ubertini, si l’esclat de raigs gamma hagués estat un milió de vegades més gran, hauria pogut ionitzar prou ozó per afeblir la barrera protectora durant dies o mesos. Tot i així, les probabilitats que es produeixi un esclat d’aquesta potència són baixes, puntualitza. Les explosions tan potents com la de l’any passat són inusuals; es produeixen només un cop cada 10.000 anys. A més, atès que la radiació gamma surt projectada a raig de les supernoves, també ha d’estar orientada en la direcció adequada per arribar a la Terra.

Malgrat això, saber com respon la ionosfera als fenòmens còsmics és important per entendre amenaces que tenim més a prop. “Ens ajuda a calcular el temps de recuperació posterior a una ionització important, especialment en supòsits d’explosions solars intenses del nostre Sol”, indica Hayes.

La bona notícia és que l’ozó es refà tot sol: les molècules ionitzades de l’aire acaben recuperant els electrons alliberats. En el cas que ens ocupa, l’escut que protegeix la Terra dels formidables perills de l’espai va quedar restituït, i el planeta i els seus habitants es mantenen a recer de la radiació solar que, sense aquest escut, seria letal.