Gammaflitsen, krachtige lichtflitsen, zijn de helderste gebeurtenissen in ons universum die niet langer dan een paar seconden of minuten duren. Sommige zijn zo helder dat ze met het blote oog kunnen worden waargenomen, zoals de uitbarsting van GRB 080319B die werd gedetecteerd door NASA's Swift GRB Explorer-missie op 19 maart 2008.
Maar ondanks hun intensiteit weten wetenschappers niet de reden voor het verschijnen van gammaflitsen. Sommige mensen geloven over het algemeen dat dit berichten zijn van buitenaardse beschavingen. En dus slaagden wetenschappers erin om een miniversie van gammastraaluitbarstingen in het laboratorium na te maken en een geheel nieuwe manier te ontdekken om hun eigenschappen te bestuderen. De resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review Letters.
Een van de redenen voor het optreden van gammastraaluitbarstingen is dat ze op de een of andere manier ontstaan tijdens het uitwerpen van jets van deeltjes die zijn gemaakt door massieve astrofysische objecten zoals zwarte gaten. Dit maakt gammaflitsen buitengewoon interessant voor astrofysici. Door ze in detail te bestuderen, kunnen de belangrijkste eigenschappen van zwarte gaten worden onthuld waarin deze fakkels worden geboren.
De straling die door zwarte gaten wordt uitgezonden, bestaat voornamelijk uit elektronen en hun "antimateriële" metgezellen, positronen. Alle deeltjes hebben antimaterie, die in alles identiek is behalve de lading. Dergelijke stralen moeten sterke magnetische velden hebben. Door de rotatie van deze deeltjes in het veld ontstaan krachtige uitbarstingen van gammastraling. Dat is tenminste wat onze theorieën voorspellen. Maar niemand weet hoe deze velden zouden moeten ontstaan.
Helaas zijn er verschillende problemen bij het bestuderen van deze pieken. Ze leven niet alleen heel weinig, maar - en dit is het meest problematische - en worden geboren in verre melkwegstelsels, soms een miljard lichtjaar van de aarde verwijderd.
Daarom vertrouw je op iets dat ongelooflijk ver weg is, per ongeluk verschijnt en een paar seconden leeft. Het is alsof je probeert erachter te komen waaruit een kaars is gemaakt, met alleen de vonken van kaarsen die van tijd tot tijd oplichten op duizenden kilometers afstand.
De krachtigste laser ter wereld
Promotie video:
Onlangs is gesuggereerd dat de beste manier om erachter te komen hoe gammastraaluitbarstingen worden geboren, is om ze op kleine schaal in een laboratorium te simuleren door een kleine bron van elektronen-positronenbundels te creëren, en ze vervolgens zelf te zien ontwikkelen. Wetenschappers uit de VS, Frankrijk, Groot-Brittannië en Zweden zijn erin geslaagd een kleine versie van dit fenomeen te maken met behulp van de krachtigste lasers op aarde, zoals de Gemini-laser van het Rutherford-Appleton Laboratory in Engeland.
Hoe krachtig is de sterkste laser op aarde? Neem alle zonne-energie die de hele aarde bedekt en knijp het tot een paar micron (de dikte van een mensenhaar) en je krijgt de kracht van een Gemini-laserschot. Door een complex doelwit met een laser te raken, konden wetenschappers ultrasnelle en compacte kopieën van astrofysische jets vrijgeven en ultrasnelle animaties van hun gedrag maken. Het resultaat is verbluffend: wetenschappers hebben een echte straalvliegtuig genomen die zich duizenden lichtjaren uitstrekt en deze tot enkele millimeters samengeperst.
Voor het eerst konden wetenschappers sleutelverschijnselen waarnemen die een belangrijke rol spelen bij het ontstaan van gammastraaluitbarstingen, zoals het zelf genereren van magnetische velden die lang aanhouden. Dit maakte het mogelijk om enkele belangrijke theoretische voorspellingen over de sterkte en spreiding van deze velden te bevestigen. Ons huidige model, dat wordt gebruikt om gammastraaluitbarstingen te begrijpen, is op de goede weg.
Dit experiment is niet alleen nuttig voor het begrijpen van gammaflitsen. Materie, samengesteld uit elektronen en positronen, is een buitengewoon interessante toestand van materie. Gewone materie op aarde bestaat voornamelijk uit atomen: zware, positief geladen kernen omgeven door wolken van licht negatief geladen elektronen.
Vanwege het ongelooflijke verschil in gewicht tussen deze twee componenten (de lichtste kern weegt 1.836 keer meer dan een elektron), komen bijna alle verschijnselen die we in ons dagelijks leven ervaren voort uit de dynamiek van elektronen, die veel sneller reageren op elke input van buitenaf (licht, andere deeltjes, magnetische velden, enzovoort) dan kernen. Maar in een elektronen-positronenbundel hebben beide deeltjes dezelfde massa, dus de discrepantie in de reactietijd wordt volledig geëlimineerd. Dit leidt tot veel fascinerende gevolgen. Geluid zou bijvoorbeeld niet bestaan in de elektron-positronwereld.
Waarom zouden we ons zelfs zorgen maken over zulke verre gebeurtenissen? In feite is er waarom. Ten eerste, als we begrijpen hoe gammaflitsen ontstaan, kunnen we veel meer begrijpen over zwarte gaten en een groot venster openen om te begrijpen hoe ons universum is ontstaan en hoe het zal evolueren. Ten tweede is er een meer subtiele reden. SETI - de zoektocht naar buitenaardse intelligentie - zoekt naar berichten van buitenaardse beschavingen en probeert elektromagnetische signalen uit de ruimte op te vangen die niet op een natuurlijke manier kunnen worden verklaard (voornamelijk radiogolven, maar ook gammaflitsen worden met deze straling geassocieerd).
Als je de detector in de ruimte richt, krijg je natuurlijk veel verschillende signalen. Maar om de overdracht van intelligente wezens te isoleren, moet je er eerst voor zorgen dat alle natuurlijke bronnen bekend zijn die kunnen en moeten worden uitgesloten. De nieuwe studie zal ons helpen de emissies van zwarte gaten en pulsars te begrijpen, dus als we ze weer tegenkomen, weten we dat ze geen buitenaardse wezens zijn.
Ilya Khel
