Wanneer de aarde zal worden ingehaald door een gammastraaluitbarsting en waarom alle levende wezens zullen sterven?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Zoals Plait schrijft in Death From Above, is een gammaflits de meest opvallende gebeurtenis sinds de oerknal. Geen enkele dergelijke uitbarsting herhaalt een andere, maar ze ontstaan allemaal als gevolg van catastrofes op galactische schaal: wanneer zeer grote sterren sterven, ophouden te "branden" en instorten onder invloed van hun eigen zwaartekracht of, vermoedelijk, als gevolg van de botsing van twee neutronensterren (objecten ter grootte van een stad, maar met een massa, zoals een of twee zonnen).

In dergelijke gevallen wordt de energie niet gelijkmatig in alle richtingen uitgestoten, maar in gerichte bundels. Deze gebeurtenis is zo groots dat ze soms miljarden (!) lichtjaren met het blote oog te zien is. Wat gebeurt er als zo'n straal de aarde raakt?

Laten we aannemen dat de GRB heel dichtbij gebeurde: 100 lichtjaar verwijderd. Zelfs op zo'n korte afstand zou de diameter van de gammaflitsstraal gigantisch zijn, 80 biljoen km. Dit betekent dat de hele aarde, het hele zonnestelsel erdoor zou worden verzwolgen, als een zandvlo die wordt gevangen door een tsunami.

Gelukkig zijn GRB's relatief kortlevend, dus de straal zal ons in minder dan een seconde tot enkele minuten raken. De gemiddelde burst duurt ongeveer tien seconden.

Dit is niet lang in vergelijking met de rotatie van de aarde, dus de straal zou slechts één halfrond raken. Het tweede halfrond zou relatief veilig zijn… althans voor een tijdje. De meest ernstige gevolgen zouden zijn op plaatsen direct onder de gammaflits (waar de gloed direct boven je hoofd zichtbaar zou zijn, op het zenit), en minimaal waar de gloed zichtbaar zou zijn aan de horizon. Maar toch, zoals we zullen zien, zou geen enkele plek op aarde volledig veilig zijn.

De ongebreidelde energie die op aarde zou worden gedumpt, is overweldigend. Dit is meer dan de ergste nachtmerries van de Koude Oorlog: het is alsof je een atoombom van één megaton laat ontploffen vanaf de kant van een gammastraaluitbarsting over elke 2,5 km2 van de planeet. Dit is (waarschijnlijk) niet genoeg om de oceanen te laten koken of om de atmosfeer van de aarde te scheuren, maar de vernietiging zou onbegrijpelijk zijn.

Houd er rekening mee dat dit alles afkomstig is van een object op een afstand van 900 biljoen km.

Iedereen die op het moment van de flits naar de lucht keek, kon blind worden, hoewel de piek van de helderheid in het zichtbare bereik waarschijnlijk pas na een paar seconden zou worden bereikt - genoeg om terug te deinzen en weg te draaien. Niet dat het veel hielp.

Degenen die op dat moment op straat zouden zijn betrapt, zouden grote problemen hebben gehad. Zelfs als ze niet waren verbrand door de hitte - en dat zou zijn geweest - zouden ze onmiddellijk een dodelijke brandwond hebben opgelopen door een enorme stroom ultraviolette straling. De ozonlaag zou letterlijk onmiddellijk worden vernietigd en de UV-straling van zowel de gammaflits als de zon zou het aardoppervlak vrijelijk bereiken, waardoor het, evenals de oceanen, tot een diepte van enkele meters onvruchtbaar zou worden.

En dit is alleen van UV-straling en warmte. Het lijkt wreed om zelfs maar de veel, veel ergere effecten van blootstelling aan gamma- en röntgenstralen te noemen.

Laten we in plaats daarvan een beetje afdwalen. Gammastraaluitbarstingen zijn ongelooflijk zeldzaam. Hoewel ze hoogstwaarschijnlijk meerdere keren per dag ergens in het heelal voorkomen, is het heelal zelf erg groot. Momenteel is de kans dat een van hen op een afstand van 100 lichtjaar van ons zal voorkomen nul. Perfect, absoluut nul. Er zijn absoluut geen sterren bij ons in de buurt die in principe een gammaflits zouden kunnen genereren. De dichtstbijzijnde supernova-kandidaat is verder weg, en GRB's zijn veel zeldzamer dan supernova's.

Voel beter? Oke. Laten we nu een meer realistische benadering proberen. Wat is de dichtstbijzijnde kandidaat voor bronnen van gammaflitsen?

Aan de hemel van het zuidelijk halfrond is met het blote oog een onopvallende ster te zien. Het heet Eta Carinae, of gewoon Eta, een vage ster in een menigte van helderdere sterren. Haar zwakke licht bedriegt echter en verbergt haar woede erachter. Het is eigenlijk ongeveer 7.500 lichtjaar verwijderd - in feite de verste ster die met het blote oog kan worden gezien.

De ster zelf (eigenlijk kan Eta een binair systeem zijn, twee sterren die om elkaar draaien. Het materiaal rond de ster geeft zoveel helderheid en interferentie dat astronomen nog steeds niet honderd procent zeker zijn) is een monster: zijn massa kan 100 zijn keer de massa van de zon of meer, en het straalt 5 miljoen keer meer energie uit dan de zon - in één seconde straalt het net zoveel licht uit als de zon in twee maanden zal uitstralen. Van tijd tot tijd heeft Eta krampen en spuugt ze enorme hoeveelheden materie uit. In 1843 kreeg ze zo'n hevige aanval dat ze de op een na helderste ster aan de hemel werd, zelfs op zo'n grote afstand. Het gooide gigantische hoeveelheden materie uit van meer dan tien keer de massa van de zon met snelheden van meer dan 1,5 miljoen km / u. Vandaag zien we de gevolgen van die explosie in de vorm van twee enorme wolken van divergerende materie, vergelijkbaar met het schot van een ruimtekanon. Die gebeurtenis was bijna net zo krachtig als de supernova.

Eta heeft alle kenmerken van een naderend GRB. Het zal zeker exploderen als een supernova, maar het is niet bekend of het een hypernova-type gammastraaluitbarsting zal zijn of niet. Er moet ook worden opgemerkt dat als het explodeert en een gammaflits uitzendt, de oriëntatie van dit systeem zodanig is dat de straal de aarde niet zal raken. We kunnen dit afleiden uit de geometrie van de gaswolken die tijdens de inbeslagname van 1843 werden uitgestoten: de delen van het zwellende gas staan onder een hoek van ongeveer 45° ten opzichte van ons, en eventuele gammaflitsen zouden langs die as worden gericht. Laat ik het specifieker uitleggen: op korte of zelfs middellange termijn vormt de gammaflits van Eta of elders geen bedreiging voor ons.

Maar het is nog steeds interessant om na te denken over "wat als". Wat als Eta ons had aangevallen en in een hypernova was veranderd? Wat zou er dan gebeuren?

Nogmaals, niets goeds. Ondanks het feit dat het qua helderheid niet eens in de buurt zou komen van de zon, zou het zo helder zijn als de maan, of zelfs tien keer helderder. Je zou er niet naar kunnen kijken zonder te loensen, maar die helderheid zou maar een paar seconden of minuten duren, dus er zou waarschijnlijk geen langdurige schade zijn aan de levenscycli van flora of fauna.

De ultraviolette straal zou intens maar kort zijn. Mensen buitenshuis zouden matige zonnebrand ervaren, maar er is waarschijnlijk geen statistisch significante toename van de incidentie van huidkanker in de toekomst.

Maar met gamma- en röntgenstralen is de situatie compleet anders. De atmosfeer van de aarde zou dit soort straling absorberen, en de gevolgen zouden veel erger zijn dan in het geval van een nabije supernova.

Het meest directe gevolg zou een krachtige elektromagnetische puls zijn, veel krachtiger dan de puls die op Hawaï wordt gegenereerd tijdens de kernproeven van het Starfish Prime-apparaat. In dit geval zou EMP (elektromagnetische puls - ongeveer TASS) onmiddellijk elk niet-afgeschermd elektronisch apparaat vernietigen op dat halfrond van de aarde, dat op de uitbarsting was gericht. Computers, telefoons, vliegtuigen, auto's, elk object met elektronica zou stoppen met werken. Dat geldt ook voor elektriciteitssystemen: er zouden enorme stromen in de hoogspanningsleidingen worden geïnjecteerd, waardoor ze overbelast raken. De mensen zouden zonder elektriciteit zitten en zonder middelen voor langeafstandscommunicatie (de apparatuur van alle satellieten zou sowieso zijn doorgebrand door gammastraling). Dat zou niet alleen vervelend zijn, want ook ziekenhuizen, brandweerkorpsen en andere hulpdiensten komen zonder stroom te zitten.

Maar zoals we zo zullen zien, hebben we misschien geen hulpdiensten nodig …

De gevolgen voor de atmosfeer van de aarde zouden ernstig zijn. Wetenschappers bestuderen deze situatie nauwkeurig. Met dezelfde modellen als beschreven in hoofdstuk 3 en ervan uitgaande dat de GRB op Eta's afstand is ontstaan, bepaalden ze wat de gevolgen zouden zijn. En deze gevolgen zijn helemaal niet bemoedigend.

De ozonlaag zou hard worden getroffen. De gammastralen van de burst zouden de ozonmoleculen volledig vernietigen. De ozonlaag zou wereldwijd met gemiddeld 35% worden verminderd en in sommige geselecteerde regio's met meer dan 50%. Dit is op zich al ongelooflijk schadelijk - let wel, onze huidige ozonproblemen worden veroorzaakt door een relatief kleine afname, slechts 3% of zo.

De gevolgen hiervan zijn zeer langdurig en kunnen jaren aanhouden - zelfs na vijf jaar kan de ozonlaag 10% dunner blijven. Gedurende deze tijd zou de UV-straling van de zon intenser zijn op het aardoppervlak. De micro-organismen die de ruggengraat van de voedselketen vormen, zijn er erg gevoelig voor. Velen zouden sterven, wat zou leiden tot het uiteindelijke uitsterven van andere soorten hoger in de voedselketen.

Als klap op de vuurpijl zou de roodbruine stikstofdioxide die wordt gegenereerd door de gammastraaluitbarsting van Eta Carina (zie hoofdstukken 2 en 3) de hoeveelheid zonlicht die de aarde bereikt aanzienlijk verminderen.

De exacte gevolgen hiervan zijn moeilijk te bepalen, maar het lijkt waarschijnlijk dat een afname van de hoeveelheid zonlicht op de hele aarde met zelfs maar een paar procent (stikstofdioxide zou zich door de atmosfeer verspreiden) zou leiden tot een aanzienlijke afkoeling van de aarde en zou vermoedelijk een initiërende factor voor de ijstijd kunnen worden.

Bovendien zou er voldoende salpeterzuur in het chemische mengsel zitten dat zure regen zou vertegenwoordigen, en dit zou theoretisch ook verwoestende gevolgen hebben voor het milieu.

Vervolgens is er een probleem met subatomaire deeltjes (kosmische straling) uit de burst. Welke schade van hen zou zijn geweest, is niet specifiek bekend. Maar, zoals we in de hoofdstukken 2 en 3 hebben besproken, kunnen hoogenergetische deeltjes allerlei gevolgen hebben op aarde. Een gammaflits op 7.500 lichtjaar afstand zou een enorm aantal subatomaire deeltjes onze atmosfeer in sturen, en ze zouden vliegen met een snelheid die iets minder is dan de snelheid van het licht. Slechts een paar uur nadat de uitbarsting verscheen, zouden ze al onze atmosfeer zijn binnengedrongen en een regen van muonen uitstorten. We observeren constant muonen die vanuit de ruimte aankomen, maar in kleine hoeveelheden. Een nabijgelegen GRB zou echter een massa muonen genereren. Een groep astronomen berekende dat er tot 46 miljard muonen per cm2 op het aardoppervlak zouden vallen over het hele uitbarstingshalfrond. Iets wat je hieruit krijgt, onthoud dan dat een nabije uitbarsting van gammastraling slecht is - notitie van de auteur). Het lijkt erop dat dit veel is - nou ja, dat is het ook. Deze deeltjes zouden uit de lucht vallen en worden geabsorbeerd door alles wat op hun weg komt. Gezien hoe goed lichaamsweefsels muonen kunnen absorberen, ontdekten de astronomen die de berekening uitvoerden dat een onbeschermd persoon een dosis straling zou krijgen die tientallen keren hoger is dan de dodelijke dosis. Verstoppen zal niet veel helpen: muonen kunnen tot bijna 2 km diep in het water doordringen en tot 800 m in rotsen! Daarom zou bijna al het leven op aarde worden beïnvloed.

Dus aantasting van de ozonlaag zou niet zo'n groot probleem zijn. Tegen de tijd dat het een probleem werd, zouden de meeste dieren en planten op aarde al lang dood zijn.

Dit is het nachtmerriescenario dat aan het begin van dit hoofdstuk is beschreven. Onthoud echter voordat u in paniek raakt: de mogelijke gammaflits van Eta Carina zal zeker niet in onze richting worden gericht. Maar voordat we afronden, wil ik zeggen dat er nog een mogelijke voorloper is van de gammaflits, die we moeten onthouden. Het heet WR 104 en ligt toevallig op ongeveer dezelfde afstand van ons als Eta. WR 104 is een binair systeem, waarvan een van de sterren een opgeblazen massief beest is dat het einde van zijn leven nadert. Het zou kunnen exploderen, een gammastraaluitbarsting uitzenden, en het zou min of meer op ons kunnen worden gericht, maar beide aannames zijn onnauwkeurig. Naar alle waarschijnlijkheid bedreigt dit monster ons ook niet, maar het is het vermelden waard.