Gammastraaluitbarstingen, intense explosies van licht, zijn de helderste gebeurtenissen die ooit in het universum zijn waargenomen - die niet langer dan seconden of minuten duren. Sommige zijn zo lichtgevend dat ze met het blote oog kunnen worden waargenomen, zoals de burst "GRB 080319B" ontdekt door NASA's Swift GRB Explorer-missie op 19 maart, 2008.

Maar ondanks het feit dat ze zo intens zijn, wetenschappers weten niet echt wat de oorzaak is van gammastraaluitbarstingen. Er zijn zelfs mensen die geloven dat sommige van hen berichten kunnen zijn die zijn verzonden door geavanceerde buitenaardse beschavingen. Nu zijn we er voor het eerst in geslaagd om een ​​miniversie van een gammastraaluitbarsting in het laboratorium na te maken, wat een geheel nieuwe manier opent om hun eigenschappen te onderzoeken. Ons onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Een idee voor de oorsprong van gammastraaluitbarstingen is dat ze op de een of andere manier worden uitgezonden tijdens de emissie van deeltjesstralen die worden vrijgegeven door massieve astrofysische objecten. zoals zwarte gaten. Dit maakt gammaflitsen buitengewoon interessant voor astrofysici - hun gedetailleerde studie kan enkele belangrijke eigenschappen onthullen van de zwarte gaten waar ze vandaan komen.

De stralen die door de zwarte gaten worden vrijgegeven, zouden voornamelijk bestaan ​​uit elektronen en hun "antimaterie"-metgezellen, de positronen - alle deeltjes hebben antimaterie-tegenhangers die precies identiek zijn aan zichzelf, alleen met tegengestelde lading. Deze balken moeten sterke, zelf opgewekte magnetische velden. De rotatie van deze deeltjes rond de velden geven krachtige uitbarstingen van gammastraling af. Of, minstens, dit is wat onze theorieën voorspellen. Maar we weten eigenlijk niet hoe de velden zouden worden gegenereerd.

Helaas, er zijn een aantal problemen bij het bestuderen van deze bursts. Ze gaan niet alleen korte tijd mee, maar meest problematisch, ze zijn ontstaan ​​in verre sterrenstelsels, soms zelfs miljard lichtjaren van de aarde (stel je een één voor gevolgd door 25 nullen - dit is eigenlijk wat één miljard lichtjaar in meters is).

Dat betekent dat je erop vertrouwt dat je naar iets ongelooflijk ver weg kijkt dat willekeurig gebeurt, en duurt slechts enkele seconden. Het is een beetje zoals begrijpen waar een kaars van gemaakt is, door slechts een glimp op te vangen van kaarsen die van tijd tot tijd duizenden kilometers van u af worden aangestoken.

De krachtigste laser ter wereld

Onlangs is voorgesteld dat de beste manier om erachter te komen hoe gammastraaluitbarstingen worden geproduceerd, zou zijn door ze na te bootsen in kleinschalige reproducties in het laboratorium - een kleine bron van deze elektronen-positronenbundels te reproduceren en te kijken hoe ze evolueren wanneer ze worden achtergelaten zelfstandig. Onze groep en onze medewerkers uit de VS, Frankrijk, VK, en Zweden, is er onlangs in geslaagd om de eerste kleinschalige replica van dit fenomeen te maken met behulp van een van de meest intense lasers op aarde, de Gemini-laser, georganiseerd door het Rutherford Appleton Laboratory in het Verenigd Koninkrijk.

Hoe intens is de meest intense laser op aarde? Neem alle zonne-energie die de hele aarde raakt en knijp het in een paar micron (in feite de dikte van een mensenhaar) en je hebt de intensiteit van een typische laseropname in Tweelingen. Deze laser op een complex doel schieten, we waren in staat om ultrasnelle en compacte kopieën van deze astrofysische jets vrij te geven en ultrasnelle films te maken van hoe ze zich gedragen. De verkleining van deze experimenten is dramatisch:neem een ​​echte jet die zich zelfs duizenden lichtjaren uitstrekt en comprimeer hem tot enkele millimeters.

In ons experiment, we konden observeren, Voor de eerste keer, enkele van de belangrijkste fenomenen die een belangrijke rol spelen bij het ontstaan ​​van gammaflitsen, zoals de zelfopwekking van magnetische velden die lange tijd aanhield. Deze konden enkele belangrijke theoretische voorspellingen van de sterkte en verdeling van deze velden bevestigen. Kortom, ons experiment bevestigt onafhankelijk dat de modellen die momenteel worden gebruikt om gammastraaluitbarstingen te begrijpen, op de goede weg zijn.

Het experiment is niet alleen belangrijk voor het bestuderen van gammaflitsen. Materie die alleen uit elektronen en positronen bestaat, is een buitengewoon eigenaardige toestand van materie. Normale materie op aarde bestaat voornamelijk uit atomen:een zware positieve kern omgeven door wolken van licht en negatieve elektronen.

Vanwege het ongelooflijke verschil in gewicht tussen deze twee componenten (de lichtste kern weegt 1836 keer het elektron) komen bijna alle verschijnselen die we in ons dagelijks leven ervaren voort uit de dynamiek van elektronen, die veel sneller reageren op externe input (licht, andere deeltjes, magnetische velden, noem maar op) dan kernen. Maar in een elektronen-positronenbundel, beide deeltjes hebben precies dezelfde massa, wat betekent dat dit verschil in reactietijden volledig wordt uitgewist. Dit brengt een aantal fascinerende gevolgen met zich mee. Bijvoorbeeld, geluid zou niet bestaan ​​in een elektron-positron-wereld.

Tot zover goed, maar waarom zouden we ons zo druk maken om gebeurtenissen die zo ver weg zijn? Er zijn inderdaad meerdere redenen. Eerst, Als we begrijpen hoe gammastraaluitbarstingen worden gevormd, zullen we veel meer over zwarte gaten kunnen begrijpen en zo een groot venster openen op hoe ons universum is geboren en hoe het zal evolueren.

Maar er is een meer subtiele reden. SETI – Search for Extra-Terrestrial Intelligence – zoekt naar berichten van buitenaardse beschavingen door te proberen elektromagnetische signalen uit de ruimte te vangen die niet op natuurlijke wijze kunnen worden verklaard (het richt zich voornamelijk op radiogolven, maar gammastraaluitbarstingen worden ook geassocieerd met dergelijke straling).

Natuurlijk, als u uw detector plaatst om te zoeken naar emissies uit de ruimte, je krijgt wel heel veel verschillende signalen. Als u intelligente transmissies echt wilt isoleren, je moet er eerst voor zorgen dat alle natuurlijke emissies perfect bekend zijn, zodat ze kunnen worden uitgesloten. Onze studie helpt bij het begrijpen van zwarte gaten en pulsar-emissies, zodat, telkens als we iets soortgelijks ontdekken, we weten dat het niet afkomstig is van een buitenaardse beschaving.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.