Gammastrahlen, starke Lichtblitze, sind die hellsten Ereignisse in unserem Universum, die nicht länger als einige Sekunden oder Minuten dauern. Einige sind so hell, dass sie mit bloßem Auge beobachtet werden können, wie der GRB 080319B-Ausbruch, der am 19. März 2008 von der Swift GRB Explorer-Mission der NASA entdeckt wurde.
Trotz ihrer Intensität kennen die Wissenschaftler den Grund für das Auftreten von Gammastrahlenausbrüchen nicht. Einige Leute glauben im Allgemeinen, dass dies Botschaften von fremden Zivilisationen sind. Und so gelang es den Wissenschaftlern, im Labor eine Mini-Version von Gammastrahlen-Bursts zu erstellen und eine völlig neue Art der Untersuchung ihrer Eigenschaften zu entdecken. Die Ergebnisse wurden in Physical Review Letters veröffentlicht.
Einer der Gründe für das Auftreten von Gammastrahlenausbrüchen ist, dass sie irgendwie durch das Ausstoßen von Teilchenstrahlen erzeugt werden, die von massiven astrophysikalischen Objekten wie Schwarzen Löchern erzeugt werden. Dies macht Gammastrahlenausbrüche für Astrophysiker äußerst interessant. Eine detaillierte Untersuchung könnte die Schlüsseleigenschaften von Schwarzen Löchern aufdecken, in denen diese Fackeln geboren werden.
Die von Schwarzen Löchern emittierten Strahlen bestehen hauptsächlich aus Elektronen und ihren "antimaterialischen" Begleitern, Positronen. Alle Teilchen haben Antimaterie, die mit Ausnahme der Ladung in allem identisch ist. Solche Strahlen müssen starke Magnetfelder haben. Die Rotation dieser Teilchen im Feld führt zu starken Gammastrahlungsstößen. Zumindest sagen das unsere Theorien voraus. Aber niemand weiß, wie diese Felder geboren werden sollen.
Leider gibt es einige Probleme bei der Untersuchung dieser Spannungsspitzen. Sie leben nicht nur sehr wenig, sondern - und das ist das problematischste - und werden in fernen Galaxien geboren, manchmal eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt.
Daher verlassen Sie sich auf etwas, das unglaublich weit weg ist, zufällig auftaucht und einige Sekunden lebt. Es ist, als würde man versuchen herauszufinden, woraus eine Kerze besteht, nur die Funken von Kerzen, die von Zeit zu Zeit Tausende von Kilometern entfernt aufleuchten.
Der leistungsstärkste Laser der Welt
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Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass der beste Weg, um herauszufinden, wie Gammastrahlenexplosionen entstehen, darin besteht, sie in einem kleinen Maßstab in einem Labor zu simulieren, indem eine kleine Quelle von Elektronen-Positronenstrahlen erzeugt wird, und zu sehen, wie sie sich selbst entwickeln. Wissenschaftler aus den USA, Frankreich, Großbritannien und Schweden haben es geschafft, mit den leistungsstärksten Lasern der Erde eine kleine Version dieses Phänomens zu erstellen, beispielsweise mit dem Gemini-Laser des Rutherford-Appleton-Labors in England.
Wie stark ist der stärkste Laser der Erde? Nehmen Sie die gesamte Sonnenenergie, die die gesamte Erde bedeckt, und drücken Sie sie auf einige Mikrometer (die Dicke eines menschlichen Haares) herunter. Sie erhalten die Kraft eines Gemini-Laserschusses. Durch das Auftreffen auf ein komplexes Ziel mit einem Laser konnten Wissenschaftler ultraschnelle und dichte Kopien astrophysikalischer Jets freisetzen und ultraschnelle Animationen ihres Verhaltens erstellen. Das Ergebnis ist verblüffend: Wissenschaftler haben einen echten Jet, der sich über Tausende von Lichtjahren erstreckt, auf wenige Millimeter heruntergedrückt.
Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler Schlüsselphänomene beobachten, die eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Gammastrahlenausbrüchen spielen, beispielsweise die Selbsterzeugung von Magnetfeldern, die lange anhalten. Dies ermöglichte es, einige wichtige theoretische Vorhersagen über die Stärke und Verteilung dieser Felder zu bestätigen. Unser aktuelles Modell, mit dem Gammastrahlen-Bursts verstanden werden, ist auf dem richtigen Weg.
Dieses Experiment wird nicht nur zum Verständnis von Gammastrahlenausbrüchen nützlich sein. Materie, bestehend aus Elektronen und Positronen, ist ein äußerst interessanter Zustand der Materie. Die gemeinsame Materie auf der Erde besteht hauptsächlich aus Atomen: schwere, positiv geladene Kerne, die von Lichtwolken mit negativ geladenen Elektronen umgeben sind.
Aufgrund des unglaublichen Gewichtsunterschieds zwischen diesen beiden Komponenten (der leichteste Kern wiegt 1.836-mal mehr als ein Elektron) sind fast alle Phänomene, die wir in unserem täglichen Leben erleben, auf die Dynamik von Elektronen zurückzuführen, die viel schneller auf Eingaben von außen (Licht) reagieren, andere Teilchen, Magnetfelder usw.) als Kerne. In einem Elektronen-Positronenstrahl haben beide Teilchen jedoch die gleiche Masse, so dass die Diskrepanz in der Reaktionszeit vollständig beseitigt ist. Dies führt zu vielen faszinierenden Konsequenzen. Zum Beispiel würde Schall in der Elektronen-Positronen-Welt nicht existieren.
Warum sollten wir uns überhaupt um so entfernte Ereignisse sorgen? In der Tat gibt es warum. Wenn wir erstens verstehen, wie Gammastrahlen entstehen, können wir viel mehr über Schwarze Löcher verstehen und ein großes Fenster öffnen, um zu verstehen, wie unser Universum entstanden ist und wie es sich entwickeln wird. Zweitens gibt es einen subtileren Grund. SETI - Suche nach außerirdischer Intelligenz - sucht nach Nachrichten fremder Zivilisationen und versucht, elektromagnetische Signale aus dem Weltraum zu erfassen, die nicht auf natürliche Weise erklärt werden können (hauptsächlich Radiowellen, aber auch Gammastrahlenausbrüche sind mit dieser Strahlung verbunden).
Wenn Sie den Detektor in den Weltraum richten, erhalten Sie natürlich viele verschiedene Signale. Um die Übertragung intelligenter Wesen zu isolieren, müssen Sie zunächst sicherstellen, dass alle natürlichen Quellen bekannt sind, die ausgeschlossen werden können und sollten. Die neue Studie wird uns helfen, die Emissionen von Schwarzen Löchern und Pulsaren zu verstehen. Wenn wir also wieder auf sie stoßen, wissen wir, dass sie keine Außerirdischen sind.
Ilya Khel