Błyski gamma, potężne rozbłyski światła, to najjaśniejsze zdarzenia w naszym wszechświecie, które trwają nie dłużej niż kilka sekund lub minut. Niektóre są tak jasne, że można je obserwować gołym okiem, na przykład wybuch GRB 080319B wykryty przez misję NASA Swift GRB Explorer 19 marca 2008 roku.
Jednak pomimo ich intensywności naukowcy nie znają przyczyny pojawienia się błysków gamma. Niektórzy ludzie na ogół uważają, że są to wiadomości od obcych cywilizacji. W ten sposób naukowcom udało się odtworzyć mini-wersję błysków gamma w laboratorium, odkrywając zupełnie nowy sposób badania ich właściwości. Wyniki opublikowano w Physical Review Letters.
Jedną z przyczyn występowania rozbłysków gamma jest to, że rodzą się one w jakiś sposób w procesie wyrzucania strumieni cząstek tworzonych przez masywne obiekty astrofizyczne, takie jak czarne dziury. To sprawia, że rozbłyski gamma są niezwykle interesujące dla astrofizyków. Szczegółowe badanie ich może ujawnić kluczowe właściwości czarnych dziur, w których rodzą się te rozbłyski.
Promienie emitowane przez czarne dziury składają się głównie z elektronów i ich „antymaterialnych” towarzyszy, pozytonów. Wszystkie cząstki mają antymaterię, która jest identyczna z nimi we wszystkim oprócz ładunku. Takie wiązki muszą mieć silne pola magnetyczne. Rotacja tych cząstek w polu powoduje silne wybuchy promieniowania gamma. Tak przynajmniej przewidują nasze teorie. Ale nikt nie wie, jak powinny się rodzić te pola.
Niestety badanie tych wyskoków wiąże się z kilkoma problemami. Nie tylko żyją bardzo mało, ale - i to jest najbardziej problematyczne - i rodzą się w odległych galaktykach, czasami miliard lat świetlnych od Ziemi.
Dlatego polegasz na czymś, co jest niesamowicie daleko, pojawia się przypadkowo i żyje przez kilka sekund. To tak, jakby próbować dowiedzieć się, z czego składa się świeca, mając tylko iskry świec, które zapalają się od czasu do czasu tysiące kilometrów dalej.
Najmocniejszy laser na świecie
Film promocyjny:
Ostatnio zasugerowano, że najlepszym sposobem, aby dowiedzieć się, jak powstają rozbłyski gamma, jest symulowanie ich na małą skalę w laboratorium przez utworzenie małego źródła wiązek elektron-pozytron i obserwowanie, jak rozwijają się one samodzielnie. Naukowcom z USA, Francji, Wielkiej Brytanii i Szwecji udało się stworzyć niewielką wersję tego zjawiska przy użyciu najpotężniejszych laserów na Ziemi, takich jak laser Gemini należący do Rutherford-Appleton Laboratory w Anglii.
Jak silny jest najsilniejszy laser na Ziemi? Weź całą energię słoneczną pokrywającą całą Ziemię i ściśnij ją do kilku mikronów (grubości ludzkiego włosa), a otrzymasz moc lasera Gemini. Uderzając laserem w złożony cel, naukowcy byli w stanie uwolnić ultraszybkie i gęste kopie astrofizycznych dżetów i stworzyć ultraszybkie animacje ich zachowania. Rezultat jest zaskakujący: naukowcy wzięli prawdziwy dżet, który rozciąga się na tysiące lat świetlnych i zmniejszyli go do kilku milimetrów.
Po raz pierwszy naukowcom udało się zaobserwować kluczowe zjawiska, które odgrywają ważną rolę w powstawaniu rozbłysków gamma, takie jak samoczynne generowanie się długo trwających pól magnetycznych. Umożliwiło to potwierdzenie niektórych głównych przewidywań teoretycznych dotyczących siły i rozmieszczenia tych pól. Nasz obecny model, który służy do zrozumienia rozbłysków gamma, jest na dobrej drodze.
Ten eksperyment przyda się nie tylko do zrozumienia rozbłysków gamma. Materia złożona z elektronów i pozytonów jest niezwykle interesującym stanem materii. Powszechna materia na Ziemi składa się głównie z atomów: ciężkich dodatnio naładowanych jąder otoczonych chmurami lekkich ujemnie naładowanych elektronów.
Ze względu na niesamowitą różnicę masy między tymi dwoma składnikami (najlżejsze jądro waży 1836 razy więcej niż elektron), prawie wszystkie zjawiska, których doświadczamy w naszym codziennym życiu, wynikają z dynamiki elektronów, które znacznie szybciej reagują na wszelkie bodźce z zewnątrz (światło, inne cząstki, pola magnetyczne i tak dalej) niż jądra. Ale w wiązce elektron-pozyton obie cząstki mają taką samą masę, więc rozbieżność w czasie reakcji jest całkowicie wyeliminowana. Prowadzi to do wielu fascynujących konsekwencji. Na przykład dźwięk nie istniałby w świecie elektron-pozyton.
Po co w ogóle martwić się o tak odległe wydarzenia? W rzeczywistości jest dlaczego. Po pierwsze, zrozumienie, w jaki sposób powstają rozbłyski gamma, pozwoli nam lepiej zrozumieć czarne dziury i otworzy duże okno na zrozumienie, jak powstał nasz wszechświat i jak będzie ewoluował. Po drugie, istnieje bardziej subtelny powód. SETI - Search for Extraterrestrial Intelligence - wyszukuje wiadomości od obcych cywilizacji, próbując wychwycić sygnały elektromagnetyczne z kosmosu, których nie można wyjaśnić w naturalny sposób (głównie fale radiowe, ale z tym promieniowaniem wiążą się również rozbłyski gamma).
Oczywiście, jeśli skierujesz detektor w przestrzeń, otrzymasz wiele różnych sygnałów. Aby jednak odizolować transmisję istot inteligentnych, musisz najpierw upewnić się, że znane są wszystkie naturalne źródła, które można i należy wykluczyć. Nowe badanie pomoże nam zrozumieć emisje z czarnych dziur i pulsarów, więc kiedy znów na nie natkniemy, wiemy, że nie są obcymi.
Ilya Khel