Khi nào Trái đất sẽ bị vượt qua bởi một vụ nổ tia gamma và tại sao tất cả các sinh vật sẽ chết

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Như Plait viết trong Death From Above, vụ nổ tia gamma là sự kiện nổi bật nhất kể từ vụ nổ Big Bang. Không có vụ nổ nào như vậy lặp lại vụ nổ khác, nhưng tất cả đều phát sinh do các thảm họa ở quy mô thiên hà: khi các ngôi sao rất lớn chết đi, ngừng "cháy" và sụp đổ dưới tác động của lực hấp dẫn của chính chúng hoặc có lẽ là do va chạm của hai ngôi sao neutron. (đối tượng có kích thước bằng thành phố, nhưng có khối lượng, như một hoặc hai Mặt trời).

Trong những trường hợp như vậy, năng lượng được phóng ra không đồng đều theo mọi hướng, mà theo các chùm có hướng. Sự kiện này hoành tráng đến mức đôi khi có thể nhìn thấy bằng mắt thường hàng tỷ (!) Năm ánh sáng. Điều gì sẽ xảy ra nếu một chùm tia như vậy chiếu vào Trái đất?

Giả sử rằng GRB xảy ra rất gần: cách chúng ta 100 năm ánh sáng. Ngay cả ở khoảng cách gần như vậy, đường kính của chùm tia gamma cũng sẽ rất lớn, 80 nghìn tỷ km. Điều này có nghĩa là toàn bộ Trái đất, toàn bộ hệ mặt trời sẽ bị nó nuốt chửng, giống như một con bọ chét cát bị sóng thần bắt giữ.

May mắn thay, GRB có thời gian tồn tại tương đối ngắn, vì vậy chùm tia sẽ chiếu vào chúng ta trong vòng chưa đầy một giây đến vài phút. Sự bùng nổ trung bình kéo dài khoảng mười giây.

Khoảng thời gian này không dài so với chuyển động quay của Trái đất, vì vậy chùm tia sẽ chỉ chạm vào một bán cầu. Bán cầu thứ hai sẽ tương đối an toàn … ít nhất là trong một thời gian. Hậu quả nghiêm trọng nhất sẽ là ở những nơi ngay bên dưới vụ nổ tia gamma (nơi có thể nhìn thấy tia sáng trực tiếp trên đầu, ở thiên đỉnh), và tối thiểu ở nơi có thể nhìn thấy tia sáng ở đường chân trời. Nhưng tất cả đều giống nhau, như chúng ta sẽ thấy, không có nơi nào trên Trái đất sẽ hoàn toàn an toàn.

Năng lượng không thể kiềm chế sẽ đổ xuống Trái đất là quá lớn. Đây còn hơn cả những cơn ác mộng tồi tệ nhất trong Chiến tranh Lạnh: nó giống như việc kích nổ một quả bom hạt nhân một megaton từ phía bên của một vụ nổ tia gamma trên mỗi 2,5 km2 của hành tinh. Điều này (có lẽ) không đủ để làm cho các đại dương sôi lên hoặc xé toạc bầu khí quyển khỏi Trái đất, nhưng sự hủy diệt sẽ không thể hiểu được.

Hãy nhớ rằng tất cả những điều này là từ một vật thể nằm ở khoảng cách 900 nghìn tỷ km.

Bất cứ ai nhìn vào bầu trời vào thời điểm đèn flash đều có thể bị mù, mặc dù có thể chỉ đạt đến đỉnh của độ sáng trong phạm vi nhìn thấy sau vài giây - đủ để khiến bạn nao núng và quay đi. Không phải là nó đã giúp nhiều.

Những người vào thời điểm đó mà bị bắt gặp trên đường sẽ gặp rắc rối lớn. Ngay cả khi họ không bị hơi nóng thiêu rụi - và chắc chắn là vậy - họ sẽ ngay lập tức nhận được một vết bỏng gây tử vong do một luồng bức xạ cực tím khổng lồ. Tầng ôzôn theo nghĩa đen sẽ bị phá hủy ngay lập tức, và bức xạ UV từ cả vụ nổ tia gamma và Mặt trời sẽ tự do tiếp cận bề mặt Trái đất, khiến nó cũng như các đại dương trở nên cằn cỗi ở độ sâu vài mét.

Và đây chỉ là do bức xạ tia cực tím và nhiệt. Có vẻ tàn nhẫn khi đề cập đến những tác động tồi tệ hơn nhiều của việc tiếp xúc với tia gamma và tia X.

Thay vào đó, hãy lạc đề một chút. Các vụ nổ tia gamma cực kỳ hiếm. Mặc dù chúng rất có thể xảy ra vài lần trong ngày ở đâu đó trong vũ trụ, nhưng bản thân vũ trụ lại rất rộng lớn. Hiện tại, xác suất để một trong số chúng xảy ra ở khoảng cách 100 năm ánh sáng so với chúng ta bằng không. Hoàn hảo, độ không tuyệt đối. Về nguyên tắc, không có ngôi sao nào gần chúng ta có thể tạo ra một vụ nổ tia gamma. Ứng cử viên siêu tân tinh gần nhất ở xa hơn, và GRB hiếm hơn nhiều so với siêu tân tinh.

Cảm thấy tốt hơn? Được chứ. Bây giờ chúng ta hãy thử một cách tiếp cận thực tế hơn. Ứng cử viên gần nhất cho nguồn phát tia gamma là gì?

Trên bầu trời Nam bán cầu có một ngôi sao không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Nó được gọi là Eta Carinae, hay đơn giản là Eta, một ngôi sao mờ trong một đám đông các ngôi sao sáng hơn. Tuy nhiên, ánh sáng mờ ảo của cô ấy đang lừa dối, che giấu sự giận dữ của cô ấy đằng sau nó. Nó thực sự cách xa khoảng 7.500 năm ánh sáng - trên thực tế, là ngôi sao xa nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Bản thân ngôi sao (trên thực tế, Eta có thể là một hệ nhị phân, hai ngôi sao quay quanh nhau. Vật chất xung quanh ngôi sao tạo ra độ sáng và sự giao thoa nhiều đến mức các nhà thiên văn học vẫn không chắc chắn một trăm phần trăm) là một con quái vật: khối lượng của nó có thể là 100 gấp lần khối lượng của Mặt trời trở lên, và nó phát ra năng lượng gấp 5 triệu lần Mặt trời - trong một giây, nó phát ra lượng ánh sáng bằng với lượng ánh sáng Mặt trời sẽ phát ra trong hai tháng. Đôi khi, Eta bị co thắt và cô ấy phun ra một lượng lớn vật chất. Năm 1843, cô bị một cơn động kinh dữ dội đến mức trở thành ngôi sao sáng thứ hai trên bầu trời, ngay cả khi ở khoảng cách rất xa. Nó ném ra một lượng vật chất khổng lồ có khối lượng gấp mười lần khối lượng của Mặt trời với tốc độ vượt quá 1,5 triệu km / h. Ngày nay chúng ta thấy hậu quả của vụ nổ đó dưới dạng hai đám mây vật chất phân kỳ khổng lồ, tương tự như vụ bắn súng không gian. Sự kiện đó có sức mạnh gần như siêu tân tinh.

Eta có tất cả các dấu hiệu của GRB sắp xảy ra. Nó chắc chắn sẽ phát nổ giống như một siêu tân tinh, nhưng vẫn chưa biết liệu nó có phải là một vụ nổ tia gamma kiểu siêu tân tinh hay không. Cũng cần lưu ý rằng nếu nó phát nổ và phát ra một vụ nổ tia gamma, định hướng của hệ thống này sao cho chùm tia này sẽ không va vào Trái đất. Chúng ta có thể xác định điều này từ hình dạng của các đám mây khí phun ra trong trận động đất năm 1843: các phần của khí trương nở nghiêng so với chúng ta một góc khoảng 45 ° và bất kỳ vụ nổ tia gamma nào cũng sẽ hướng dọc theo trục đó. Hãy để tôi giải thích cụ thể hơn: trong ngắn hạn hoặc thậm chí trung hạn, vụ nổ tia gamma từ Eta hoặc nơi khác không đe dọa chúng ta.

Nhưng vẫn rất thú vị khi suy ngẫm về "điều gì xảy ra nếu". Điều gì sẽ xảy ra nếu Eta đã nhắm mục tiêu chúng tôi và biến thành một siêu tân tinh? Điều gì sẽ xảy ra sau đó?

Một lần nữa, không có gì tốt. Mặc dù thực tế là nó thậm chí sẽ không có độ sáng gần bằng Mặt trời, nhưng nó sẽ sáng như Mặt trăng, hoặc thậm chí sáng hơn gấp mười lần. Bạn không thể nhìn nó mà không nheo mắt, nhưng độ sáng đó sẽ chỉ kéo dài vài giây hoặc vài phút, vì vậy có thể sẽ không có bất kỳ thiệt hại lâu dài nào đối với vòng đời của hệ thực vật hoặc động vật.

Chùm tia cực tím có cường độ mạnh nhưng ngắn. Những người ở ngoài trời sẽ bị cháy nắng ở mức độ vừa phải, nhưng có khả năng không có sự gia tăng có ý nghĩa thống kê về tỷ lệ mắc ung thư da trong tương lai.

Nhưng với gamma và tia X, tình hình hoàn toàn khác. Bầu khí quyển của Trái đất sẽ hấp thụ những loại bức xạ này, và hậu quả sẽ tồi tệ hơn nhiều so với trường hợp của một siêu tân tinh gần đó.

Hệ quả trực tiếp nhất sẽ là một xung điện từ mạnh, mạnh hơn nhiều so với xung điện từ được tạo ra ở Hawaii trong các vụ thử hạt nhân của thiết bị Starfish Prime. Trong trường hợp này, EMP (xung điện từ - xấp xỉ TASS) sẽ phá hủy ngay lập tức bất kỳ thiết bị điện tử không được che chắn nào trong bán cầu đó của Trái đất, được hướng về phía vụ nổ. Máy tính, điện thoại, máy bay, ô tô, bất kỳ đồ vật nào có thiết bị điện tử sẽ ngừng hoạt động. Điều này cũng áp dụng cho hệ thống điện: dòng điện cực lớn sẽ được đưa vào đường dây điện, khiến chúng quá tải. Con người sẽ không có điện và không có bất kỳ phương tiện liên lạc đường dài nào (dù sao thì thiết bị của tất cả các vệ tinh đã bị cháy vì bức xạ gamma). Điều này sẽ không chỉ là một sự bất tiện, bởi vì nó có nghĩa là bệnh viện, sở cứu hỏa và các dịch vụ khẩn cấp khác cũng sẽ không có điện.

Tuy nhiên, như chúng ta sẽ thấy trong giây lát, chúng ta có thể không cần đến các dịch vụ khẩn cấp …

Hậu quả đối với bầu khí quyển của Trái đất sẽ rất nghiêm trọng. Các nhà khoa học đang nghiên cứu kỹ tình trạng này. Sử dụng các mô hình tương tự được mô tả trong Chương 3 và giả sử rằng GRB xuất phát ở khoảng cách của Eta, họ xác định hậu quả sẽ như thế nào. Và những hậu quả này không đáng khích lệ chút nào.

Tầng ôzôn sẽ bị ảnh hưởng nặng nề. Các tia gamma từ vụ nổ sẽ phá hủy hoàn toàn các phân tử ôzôn. Tầng ôzôn trên toàn thế giới sẽ giảm trung bình 35% và ở một số khu vực được chọn, nó sẽ giảm hơn 50%. Bản thân điều này cực kỳ có hại - hãy nhớ bạn, các vấn đề về ôzôn hiện nay của chúng ta là do sự suy giảm tương đối nhỏ, chỉ 3% hoặc lâu hơn.

Hậu quả của việc này là rất lâu dài và có thể kéo dài trong nhiều năm - thậm chí sau 5 năm, tầng ôzôn vẫn có thể mỏng hơn 10%. Trong thời gian này, bức xạ UV từ Mặt trời sẽ mạnh hơn trên bề mặt Trái đất. Các vi sinh vật tạo thành xương sống của chuỗi thức ăn rất nhạy cảm với nó. Nhiều loài sẽ chết, dẫn đến sự tuyệt chủng cuối cùng của các loài khác ở cấp cao hơn trong chuỗi thức ăn.

Trên hết, nitơ đioxit màu nâu đỏ được tạo ra bởi vụ nổ tia gamma từ Eta Carina (xem Chương 2 và 3) sẽ làm giảm đáng kể lượng ánh sáng mặt trời chiếu tới Trái đất.

Rất khó xác định hậu quả chính xác của việc này, nhưng có vẻ như việc giảm lượng ánh sáng mặt trời trên toàn bộ Trái đất dù chỉ một vài phần trăm (nitơ điôxít sẽ lan tỏa khắp bầu khí quyển) sẽ dẫn đến việc Trái đất lạnh đi đáng kể và có lẽ có thể trở thành nhân tố khởi đầu cho kỷ băng hà.

Ngoài ra, sẽ có đủ axit nitric trong hỗn hợp hóa học mà mưa axit sẽ đại diện, và điều này về mặt lý thuyết cũng sẽ gây ra những hậu quả tàn khốc đối với môi trường.

Tiếp theo, có một vấn đề với các hạt hạ nguyên tử (tia vũ trụ) từ vụ nổ. Những thiệt hại sẽ được từ chúng không được biết cụ thể. Tuy nhiên, như chúng ta đã thảo luận trong Chương 2 và 3, các hạt năng lượng cao có thể gây ra nhiều hậu quả trên Trái đất. Một vụ nổ tia gamma cách xa 7.500 năm ánh sáng sẽ gửi một số lượng lớn các hạt hạ nguyên tử vào bầu khí quyển của chúng ta, và chúng sẽ bay với tốc độ nhỏ hơn một chút so với tốc độ ánh sáng. Chỉ vài giờ sau khi vụ nổ xuất hiện, chúng có thể đã xông vào bầu khí quyển của chúng tôi, làm tuôn ra một trận mưa muon. Chúng tôi liên tục quan sát các hạt muon đến từ không gian, nhưng với số lượng nhỏ. Tuy nhiên, một GRB gần đó sẽ tạo ra một khối lượng muon. Một nhóm các nhà thiên văn học đã tính toán rằng có tới 46 tỷ muon mỗi cm2 sẽ rơi xuống bề mặt Trái đất trên toàn bộ bán cầu bùng nổ. Bạn nhận được gì từ điều này, thì hãy nhớ rằng một vụ nổ bức xạ gamma gần đó là xấu - tác giả ghi chú). Có vẻ như điều này là rất nhiều - à, vâng, đúng như vậy. Những hạt này sẽ rơi ra khỏi bầu trời và bị hấp thụ bởi bất cứ thứ gì cản đường chúng. Xem xét các mô cơ thể có thể hấp thụ muon tốt như thế nào, các nhà thiên văn thực hiện phép tính đã phát hiện ra rằng một người không được bảo vệ sẽ nhận được liều lượng bức xạ cao hơn hàng chục lần so với liều lượng gây chết người. Ẩn náu sẽ không giúp được gì nhiều: các hạt muon có thể xâm nhập vào nước ở độ sâu gần 2 km và lên đến 800 m vào đá! Do đó, hầu như tất cả sự sống trên Trái đất sẽ bị ảnh hưởng.

Vì vậy, sự suy giảm tầng ôzôn sẽ không phải là một vấn đề lớn như vậy. Vào thời điểm nó trở thành một vấn đề, hầu hết các loài động vật và thực vật trên Trái đất đã chết từ lâu.

Đây là kịch bản ác mộng được mô tả ở đầu chương này. Tuy nhiên, trước khi bạn bắt đầu hoảng sợ, hãy nhớ rằng: vụ nổ tia gamma có thể xảy ra của Eta Carina chắc chắn sẽ không theo hướng của chúng ta. Nhưng trước khi chúng ta kết thúc, tôi sẽ nói rằng có thể có một tiền thân khác của vụ nổ tia gamma, mà chúng ta cần nhớ. Nó được gọi là WR 104 và thật trùng hợp là cách chúng ta cùng khoảng cách với Eta. WR 104 là một hệ nhị phân, một trong những ngôi sao trong số đó là một con quái vật to lớn phình to sắp kết thúc vòng đời của nó. Nó có thể phát nổ, phát ra một vụ nổ tia gamma, và có thể ít nhiều nhằm vào chúng ta, nhưng cả hai giả thiết này đều không chính xác. Trong tất cả các khả năng, con quái vật này cũng không đe dọa chúng tôi, nhưng nó là đáng nói.