Sådan skabte forskerne et gammaglimt for første gang
Bedriften kan muligvis løfte sløret for universets fødsel og sorte huller.
gammaglimt gammastråle astronomi universet sorte huller SETI NASA elektroner positroner Gemini-laser magnetfelt atomer detektor signale ikke-jordisk alien civilisation

Gammaglimt er kortvarige og meget intense 'udbrud' af gammastråling fra døende eller kolliderende stjerner. Som følge af deres ekstreme energiudladninger kan gammaglimt til tider observeres fra ufattelige afstande. (Illustration: NASA)
 

Gammaglimt er kortvarige udbrud af gammastråling med en varighed på nogle få sekunder eller minutter.

De er de mest lysstærke hændelser, der nogensinde er observeret i universet.

19. marts 2008 observerede NASA's Swift GRB Explorer-mission et gammaglimt (GRB080319), der var så klart, at man kunne se det med det blotte øje.

Men på trods af intensiteten af disse elektromagnetiske udbrud, ved forskerne ikke med sikkerhed, hvad der forårsager et gammaglimt.

Nogle mennesker er endda overbevidste om, at det er budskaber fra en avanceret ikke-jordisk civilisation.

Minigammaglimt i laboratoriet

Nu er det for første gang lykkedes forskerne at genskabe en miniversion af et gammaglimt i laboratoriet, hvilket åbner op for helt nye måder af undersøge fænomenet.

Forskningen er publiceret i Physical Review Letters.

Én teori lyder, at gammaglimtene dannes i såkaldte jets, der udsendes i forbindelse med dannelsen af massive astrofysiske objekter, som eksempelvis sorte huller.

Derfor er gammaglimtene af uhyre stor interesse for astrofysikerne, for de kan muligvis løfte sløret for ny viden om de sorte hullers egenskaber.

Leder på må og få

Strålerne, som de sorte huller udsender, er hovedsagligt sammensat af elektroner og positroner (elektronens antipartikel), og de har stærke, selvgenererede magnetfelter.

Partiklernes rotation i magnetfeltet skaber de kraftige gammaudbrud.

Det er i hvert fald, hvad vi tror, men vi ved faktisk ikke, hvordan magnetfelterne bliver skabt.

Det er desværre en kende problematisk at studere gammaglimtene nærmere, for ikke alene varer de som regel kun ganske kort tid, men de har også deres udspring i fjerne galakser, der nogle gange er milliarder af lysår væk fra Jorden (forestil dig et 1-tal efterfulgt af 25 nuller - så langt er 1 milliard lysår i meter).

Så vi leder på må og få efter noget, der finder sted helt utroligt langt væk, og som kun varer i få sekunder.

Man kan sammenligne det med at forsøge at forstå, hvad et stearinlys er, men du har kun set ganske få glimt af et tændt stearinlys, som befinder sig flere tusind kilometer væk.

Benyttede én af verdens kraftigeste laser

For nylig blev det foreslået, at forsøg i lille målestok i laboratoriet er den bedste måde at forsøge at afdække, hvordan gammaglimtene bliver produceret.

I forsøget skulle man genskabe forhold, så en gammastråle bliver dannet, og så observere, hvordan den udvikler sig på egen hånd.

For nylig lykkedes det for vores forskerteam samt vores samarbejdspartnere fra USA, Frankrig, Storbritannien og Sverige at genskabe en replika af fænomenet ved hjælp af Gemini-laseren ved Rutherford Appleton Laboratory i Storbritannien, der er én af verdens kraftigste lasere.

Hvor stærk er denne laser? Tag den samlede mængde solenergi, der rammer hele Jorden, og pres den sammen, til den har omtrent samme omkreds som et menneskehår; 1 mikrometer (milliontedel af en meter, red.) - så kraftig er ét af Gemini-laserens laserbeams typisk.

gammaglimt gammastråle astronomi universet sorte huller SETI NASA elektroner positroner Gemini-laser magnetfelt atomer detektor signale ikke-jordisk alien civilisation

Illustration af et gammaglimt - universets mest lysstærke hændelser. (Illustration: NASA)

Ved at sigte med dette superkraftige laserbeam mod et komplekst mål kunne vi skabe ultra-hurtige og kompakte kopier af astrofysiske gammastråler samt producere ultrahurtige film af deres adfærd.

Nedskaleringen af eksperimenterne var dramatisk; en virkelig gammastråle strækker sig over mange tusind lysår, og vi komprimerede dem ned til ganske få millimeter.

I forbindelse med eksperimenterne observerede vi for første gang adskillige elementer, der spiller en afgørende rolle i udviklingen af et gammaglimt; eksempelvis dannelsen af længerevarende magnetfelter. 

På rette spor

Observationerne bekræftede nogle af vores forudsigelser for styrken og fordelingen af magnetfelterne.

Kort fortalt bekræfter vores eksperiment, at forskernes nuværende arbejdsmodeller er på rette spor. Eksperimentet kan ikke blot benyttes til at granske gammaglimt og gammaudbrud.

Stof bestående udelukkende af elektroner og positroner er ejendommelige.

De fleste stoffer på Jordens stof er sammensat af atomer med en positivt ladet kerne omkredset af én eller flere negativt ladede partikler, kaldet elektroner.

Som følge af den ufattelige vægtforskel mellem de to komponenter (protoner vejer cirka 1.836 gange mere end elektroner) har næsten alle de fænomener, vi støder på hver dag, deres udspring i elektronernes dynamik, der reagerer meget hurtigere på eksterne input (lys, andre partikler, magnetfelter og så videre) end kernerne.

Men i en elektron-positron-laserstråle har partiklerne nøjagtig samme masse, hvilket betyder, at forskellen i reaktionstid udslettes, og det har en række fascinerende konsekvenser.

Lyd vil eksempelvis forsvinde i en elektron-positron-verden.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Større forståelse af universets fødsel og videre udvikling

Så langt så godt, men hvorfor skal vi egentlig interesse os for ting, der sker så langt væk? 

Tja, det er der faktisk flere grunde til.

Først og fremmest kan vi øge vores forståelse af universitets sorte huller ved at afdække, hvordan et gammaglimt bliver skabt. 

Det åbner op for en meget større forståelse af universets fødsel og videre udvikling.

Der er også en anden årsag.

SETI, Search for Extraterrestrial Intelligence, forskningsprogrammer, leder efter bevis for ikke-jordisk intelligent liv ved at søge efter elektromagnetiske signaler fra rummet, der ikke kan forklares naturligt (SETI fokuserer primært på radiobølger, men også gammaudbrud er associeret med strålingen).

Hvis man sætter en detektor op for at lede efter signaler i rummet, støder man uvægerligt på en masse forskellige signaler.

Derfor vi skal sikre os, at vi kender alle de naturlige signaler, så vi kan udelukke dem.

Vores studie øger vores forståelse af universets sorte huller og pulsar-signaler.

På denne måde ved vi, at signalerne ikke stammer fra en ikke-jordisk civilisation, hvis vi støder på noget tilsvarende.

Gianluca Sarri modtager støtte fra Engineering and Physical Sciences Research Council. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

 

The Conversation

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.



Det sker