Вчені створили гамма-променевої сплеск в лабораторії

Гамма-променеві сплески, потужні спалахи світла, — це найяскравіші події в нашій Всесвіту, які тривають не довше кількох секунд або хвилин. Деякі настільки яскраві, що їх можна спостерігати неозброєним оком, ніби сплеску GRB 080319B, виявленого місією NASA Swift GRB Explorer 19 березня 2008 року.

Але, незважаючи на їх інтенсивність, вчені не знають причину появи гамма-сплесків. Деякі люди взагалі вважають, що це послання інопланетних цивілізацій. І ось вченим вдалося створити міні-версію гамма-сплеску в лабораторії, відкривши абсолютно новий спосіб дослідження їх властивостей. Результати були опубліковані в Physical Review Letters.

Одна з причин виникнення гамма-сплесків полягає в тому, що вони якимось чином народжуються в процесі викиду джетів частинок, створюваних масивними астрофизическими об'єктами, такими як чорні діри. Це робить гамма-сплески надзвичайно цікавими для астрофізиків. Їх докладне дослідження може розкрити ключові властивості чорних дір, в яких ці спалахи народжуються.

Промені, що випускаються чорними дірами, в основному складаються з електронів та їх «антиматериальных» компаньйонів — позитронів. У всіх частинок є антиречовини, які ідентичні їм у всьому, за винятком заряду. Такі промені повинні володіти сильними магнітними полями. Обертання цих частинок у полі породжує потужні спалахи гамма-випромінювання. Принаймні так прогнозують наші теорії. Але ніхто не знає, як ці поля повинні народжуватися.

На жаль, є кілька проблем у вивченні цих сплесків. Вони не тільки живуть дуже мало, але — і це найбільш проблематично — і народжуються в далеких галактиках, іноді за мільярд світлових років від Землі.

Отже, ви покладаєтеся на щось, що знаходиться неймовірно далеко, з'являється випадково і живе кілька секунд. Це схоже на спробу зрозуміти, з чого виготовлена свічка, маючи лише проблиски свічок, які час від часу спалахують в тисячах кілометрів від вас.

Самий потужний лазер у світі

Нещодавно було запропоновано, що кращий спосіб з'ясувати, як народжуються гамма-сплески, — імітувати їх в невеликих масштабах в лабораторії, створивши невеликий джерело електрон-позитронних пучків, і подивитися, як вони розвиваються, надані самі собі. Вчені з США, Франції, Великобританії та Швеції зуміли створити невелику версію цього явища, використовуючи найпотужніші на Землі лазери на зразок лазера Gemini, що належить Лабораторії Резерфорда-Эплтона в Англії.

Наскільки потужний найсильніший лазер на Землі? Візьміть всю сонячну енергію, яка покриває всю Землю, і стисніть її до декількох мікрон (товщина людської волосини) — і отримаєте потужність лазерного пострілу Gemini. Вражаючи лазером комплексну мішень, вчені змогли вивільнити надшвидкі і щільні копії астрофізичних джетів і створити надшвидкі анімації їх поведінки. Результат вражаючий: вчені взяли справжній джет, який простягається на тисячі світлових років і стиснули його до декількох міліметрів.

Вчені вперше зуміли спостерігати ключові явища, які відіграють важливу роль у створенні гамма-променевих сплесків, начебто самогенерации магнітних полів, які живуть тривалий час. Це дозволило підтвердити деякі великі теоретичні пророкування про силу і розподіл цих полів. Наша нинішня модель, яка використовується для розуміння гамма-променевих сплесків, знаходиться на вірному шляху.

Цей експеримент буде корисний не тільки для розуміння гамма-променевих сплесків. Матерія, що складається з електронів і позитронів, являє собою надзвичайно цікавий стан речовини. Звичайна речовина на Землі складається здебільшого з атомів: важких позитивно заряджених ядер, оточених хмар легких негативно заряджених електронів.

З-за неймовірної різниці у вазі між цими двома компонентами (найпростіше ядро важить в 1836 разів більше електрона), майже всі явища, які ми відчуваємо в нашому повсякденному житті, випливають з динаміки електронів, які набагато швидше реагують на будь-введення іззовні (світло, інші частинки, магнітні поля і так далі), ніж ядра. Але в електрон-позитронному пучку обидві частинки володіють однаковою масою, тому невідповідність в часі реакції повністю усувається. Це призводить до безлічі захоплюючих наслідків. Наприклад, в електрон-позитронному світі не існувало б звуку.

Навіщо нам взагалі переживати про настільки далекі події? Насправді є навіщо. По-перше, розуміння того, як народжуються гамма-сплески, дозволить нам зрозуміти набагато більше про чорні діри і відкрити велике вікно до розуміння того, як з'явилася наша Всесвіт і як вона буде розвиватися. По-друге, є й більш тонка причина. SETI — пошук позаземного інтелекту — шукає повідомлення інопланетних цивілізацій, намагаючись вловити електромагнітні сигнали з космосу, які не можна пояснити природним чином (в основному це стосується радіохвиль, але гамма-сплески також пов'язані з цим випромінюванням).

Звичайно, якщо спрямуєте детектор на космос, ви отримаєте багато різних сигналів. Але щоб вичленувати передачі розумних істот, спершу треба переконатися, що відомі всі натуральні джерела, які можна і потрібно виключити. Нове дослідження допоможе зрозуміти випромінювання чорних дірок і пульсарів, тому, коли ми знову натрапимо на них, ми будемо знати, що це не інопланетяни.