Gammastrålning, intensiva explosioner av ljus, är de ljusaste händelserna som någonsin observerats i universum – varar inte längre än sekunder eller minuter. Vissa är så lysande att de kan observeras med blotta ögat, som skuren "GRB 080319B" som upptäcktes av NASA:s Swift GRB Explorer-uppdrag den 19 mars, 2008.

Men trots att de är så intensiva, forskare vet inte riktigt vad som orsakar gammastrålning. Det finns till och med människor som tror att några av dem kan vara meddelanden som skickats från avancerade utomjordiska civilisationer. Nu har vi för första gången lyckats återskapa en miniversion av en gammastrålning i laboratoriet – vilket öppnar upp för ett helt nytt sätt att undersöka deras egenskaper. Vår forskning publiceras i Fysiska granskningsbrev .

En idé för ursprunget till gammastrålningsskurar är att de på något sätt sänds ut under utsläppet av strålar av partiklar som släpps ut av massiva astrofysiska objekt, som svarta hål. Detta gör gammastrålningsskurar extremt intressanta för astrofysiker – deras detaljerade studie kan avslöja några nyckelegenskaper hos de svarta hålen de härrör från.

Strålarna som släpps ut av de svarta hålen skulle mestadels bestå av elektroner och deras "antimateria" följeslagare, positronerna – alla partiklar har antimateriamotsvarigheter som är exakt identiska med dem själva, endast med motsatt laddning. Dessa balkar måste ha starka, självgenererade magnetfält. Rotationen av dessa partiklar runt fälten avger kraftfulla skurar av gammastrålning. Eller, åtminstone, detta är vad våra teorier förutspår. Men vi vet faktiskt inte hur fälten skulle genereras.

Tyvärr, det finns ett par problem med att studera dessa skurar. De håller inte bara under korta perioder utan även mest problematiskt, de har sitt ursprung i avlägsna galaxer, ibland till och med miljarder ljusår från jorden (föreställ dig en etta följt av 25 nollor – detta är i princip vad en miljard ljusår är i meter).

Det betyder att du litar på att titta på något otroligt långt borta som händer slumpmässigt, och varar bara i några sekunder. Det är lite som att förstå vad ett ljus är gjort av, genom att bara ha glimtar av ljus som tänds då och då tusentals kilometer från dig.

Världens mest kraftfulla laser

Det har nyligen föreslagits att det bästa sättet att ta reda på hur gammastrålningsskurar produceras skulle vara genom att efterlikna dem i småskaliga reproduktioner i laboratoriet – reproducera en liten källa till dessa elektron-positronstrålar och titta på hur de utvecklas när de lämnas. själva. Vår grupp och våra medarbetare från USA, Frankrike, STORBRITANNIEN, och Sverige, nyligen lyckats skapa den första småskaliga kopian av detta fenomen genom att använda en av de mest intensiva lasrarna på jorden, Gemini laser, värd av Rutherford Appleton Laboratory i Storbritannien.

Hur intensiv är den mest intensiva lasern på jorden? Ta all solenergi som träffar hela jorden och pressa in den i några mikron (i princip tjockleken på ett människohår) och du har fått intensiteten av ett typiskt laserskott i Tvillingarna. Att skjuta den här lasern på ett komplext mål, vi kunde släppa ultrasnabba och täta kopior av dessa astrofysiska jetstrålar och göra ultrasnabba filmer av hur de beter sig. Nedskalningen av dessa experiment är dramatisk:ta en riktig stråle som sträcker sig till och med i tusentals ljusår och komprimera den ner till några millimeter.

I vårt experiment, vi kunde observera, för första gången, några av de nyckelfenomen som spelar en stor roll i genereringen av gammastrålning, såsom självgenerering av magnetiska fält som varade under lång tid. Dessa kunde bekräfta några stora teoretiska förutsägelser om styrkan och fördelningen av dessa fält. Kortfattat, vårt experiment bekräftar oberoende att de modeller som för närvarande används för att förstå gammastrålningsskurar är på rätt väg.

Experimentet är inte bara viktigt för att studera gammastrålning. Materia som endast består av elektroner och positroner är ett extremt märkligt tillstånd av materia. Normal materia på jorden består till övervägande del av atomer:en tung positiv kärna omgiven av ljusmoln och negativa elektroner.

På grund av den otroliga skillnaden i vikt mellan dessa två komponenter (den lättaste kärnan väger 1836 gånger elektronen) kommer nästan alla fenomen vi upplever i vårt dagliga liv från elektronernas dynamik, som är mycket snabbare att reagera på extern ingång (ljus, andra partiklar, magnetiska fält, you name it) än kärnor. Men i en elektron-positronstråle, båda partiklarna har exakt samma massa, vilket innebär att denna skillnad i reaktionstider är fullständigt utplånad. Detta ger en mängd fascinerande konsekvenser. Till exempel, ljud skulle inte existera i en elektronpositronvärld.

Än så länge är allt bra, men varför skulle vi bry oss så mycket om händelser som är så avlägsna? Det finns faktiskt flera skäl. Först, att förstå hur gammastrålningsskurar bildas kommer att tillåta oss att förstå mycket mer om svarta hål och därmed öppna ett stort fönster för hur vårt universum föddes och hur det kommer att utvecklas.

Men det finns en mer subtil anledning. SETI – Search for Extra-Terrestrial Intelligence – letar efter meddelanden från främmande civilisationer genom att försöka fånga elektromagnetiska signaler från rymden som inte kan förklaras naturligt (det fokuserar främst på radiovågor, men gammastrålning är också förknippad med sådan strålning).

Självklart, om du sätter din detektor för att leta efter utsläpp från rymden, du får väldigt många olika signaler. Om du verkligen vill isolera intelligenta sändningar, du måste 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, vi vet att det inte kommer från en främmande civilisation.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.