Den 2 juli 1967, USA Ljus 3 och 4 satelliter märkte något ganska förbryllande. Ursprungligen designade för att övervaka kärnvapenprov i rymden genom att leta efter gammastrålning, plockade dessa satelliter upp en serie gammastrålningskurar (GRB) som kom från rymden. Och medan decennier har gått sedan ' Ljushändelse ', astronomer är fortfarande inte 100% säkra på vad som orsakar dem.
Ett av problemen har varit att forskare fram tills nu inte har kunnat studera gammastrålning i någon verklig kapacitet. Men tack vare a ny studie av ett internationellt team av forskare har GRB:er återskapats i ett laboratorium för första gången. På grund av detta kommer forskare att få nya möjligheter att undersöka GRB och lära sig mer om deras egenskaper, vilket borde gå långt borta för att avgöra vad som orsakar dem.
Studien, med titeln ' Experimentell observation av en strömdriven instabilitet i en neutral elektron-positronstråle ', publicerades nyligen iFysiska granskningsbrev. Studien leddes av Jonathan Warwick från Queen's University Belfast och inkluderade medlemmar från SLAC National Accelerator Laboratory , John Adams Institute for Accelerator Science , den Rutherford Appleton Laboratory och flera universitet.
Konstnärens intryck av en gammastrålning i rymden. Kredit: ESO/A. Roquette
Fram till nu har studiet av GRB komplicerats av två stora frågor. Å ena sidan är GRB mycket kortlivade och varar bara i sekunder åt gången. För det andra har alla upptäckta händelser inträffat i avlägsna galaxer, av vilka några var miljarder ljusår bort. Ändå finns det några teorier om vad som kan förklara dem, allt från bildandet av svarta hål och kollisioner mellan neutronstjärnor till utomjordisk kommunikation.
Av denna anledning är att undersöka GRB särskilt tilltalande för forskare eftersom de kan avslöja några tidigare okända saker om svarta hål. För sin studies skull närmade forskargruppen frågan om GRB som om de var relaterade till utsläppen av strålar av partiklar som släpps ut av svarta hål. Som Dr. Gianluca Sarri, en föreläsare vid Queen's University Belfast, förklarade i en nyligen publicerad artikel med Konversationen :
'Strålarna som släpps ut av de svarta hålen skulle mestadels bestå av elektroner och deras 'antimateria' följeslagare, positronerna... Dessa strålar måste ha starka, självgenererade magnetfält. Rotationen av dessa partiklar runt fälten avger kraftfulla skurar av gammastrålning. Eller, åtminstone, detta är vad vi har teorier förutspår . Men vi vet faktiskt inte hur fälten skulle genereras.'
Med hjälp av sina medarbetare i USA, Frankrike, Storbritannien och Sverige förlitade sig teamet från Queen's University Belfast på Gemini laser , som ligger vid Rutherford Appleton Laboratory i UK. Med detta instrument, som är en av de mest kraftfulla lasrarna i världen, försökte det internationella samarbetet skapa den första småskaliga kopian av GRB:er.
Konstnärens intryck av ett supermassivt svart hål som avger kraftfulla strålar av laddade partiklar. Kredit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
Genom att skjuta den här lasern på ett komplext mål kunde teamet skapa miniatyrversioner av dessa ultrasnabba astrofysiska jetplan, som de spelade in för att se hur de betedde sig. Som Dr. Sarri indikerade:
'I vårt experiment kunde vi för första gången observera några av de nyckelfenomen som spelar en stor roll i genereringen av gammastrålningsskurar, till exempel självgenereringen av magnetfält som varade under lång tid. Dessa kunde bekräfta några stora teoretiska förutsägelser om styrkan och fördelningen av dessa fält. Kort sagt, vårt experiment bekräftar oberoende att de modeller som för närvarande används för att förstå gammastrålningsskurar är på rätt väg.'
Detta experiment var inte bara viktigt för studiet av GRBs, det kunde också främja vår förståelse om hur olika tillstånd av materia beter sig. I princip beror nästan alla fenomen i naturen på elektronernas dynamik, eftersom de är mycket lättare än atomkärnor och snabbare att reagera på yttre stimuli (som ljus, magnetfält, andra partiklar, etc).
'Men i en elektron-positronstråle har båda partiklarna exakt samma massa, vilket betyder att denna skillnad i reaktionstider är helt utplånad', säger Dr Sarri. 'Detta ger en mängd fascinerande konsekvenser. Till exempel skulle ljud inte existera i en elektronpositronvärld.”
Konstnärs illustration av två sammanslagna neutronstjärnor. De smala strålarna representerar gammastrålningen medan det porlande rymdtidsnätet indikerar de isotropiska gravitationsvågorna som kännetecknar sammanslagningen. Kredit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
Dessutom finns det ovannämnda argumentet att GRB:er i själva verket skulle kunna vara bevis på utomjordisk underrättelsetjänst (ETI). I Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI) letar forskare efter elektromagnetiska signaler som inte verkar ha naturliga förklaringar. Genom att veta mer om olika typer av elektromagnetiska skurar kan forskare bättre kunna isolera de som det inte finns några kända orsaker till. Som Dr Sarri uttryckte det:
'Självklart, om du sätter din detektor för att leta efter emissioner från rymden får du väldigt många olika signaler. Om du verkligen vill isolera intelligenta överföringar måste du först se till att alla naturliga utsläpp är helt kända så att de kan uteslutas. Vår studie hjälper till att förstå utsläpp av svarta hål och pulsar, så att när vi upptäcker något liknande vet vi att det inte kommer från en främmande civilisation.'
Ungefär som forskning om gravitationsvågor, fungerar denna studie som ett exempel på hur fenomen som en gång låg utanför vår räckvidd nu är öppna för studier. Och ungefär som gravitationsvågor kommer forskning om GRB sannolikt att ge imponerande avkastning under de kommande åren!
Vidare läsning: Konversationen , Fysiska granskningsbrev
