De meest energieke lichtflitsen in het heelal veroorzaken dodelijke kernreacties

Gammaflitsen behoren tot de krachtigste gebeurtenissen in het universum en worden ontstoken wanneer sterren sterven in enorme explosies of wanneer ze samensmelten in ... enorme explosies. 

Terwijl deze gewelddadige kosmische explosies plaatsvinden, gedragen ze zich als kosmische vuurtorens en laten ze stralen van het helderste licht in het universum los, samen met een vloed van neutrino's, die piekerige, spookachtige deeltjes die bijna geheel onopgemerkt door het universum glippen.. 

Het is duidelijk dat je niet zou willen worden blootgesteld aan een van deze dodelijke, DNA-frituurenergie-uitbarstingen. Maar natuurkundigen dachten altijd dat gammaflitsen alleen gevaarlijk waren als je je op het smalle pad van een van de jets bevond die uit de explosie kwamen. Helaas suggereert een nieuwe studie die is bijgewerkt op de arXiv-database op 29 november (maar nog niet peer-reviewed) dat deze uitbarstingen overal slecht nieuws zijn en dodelijke stralen kunnen sturen vanuit een veel grotere hoek dan eerder werd gedacht..

Kosmische gammafabrieken

In de afgelopen decennia hebben astronomen twee soorten hemelse gammastraaluitbarstingen geïdentificeerd (kortweg GRB's genoemd): lange die langer dan 2 seconden duren (tot enkele minuten) en korte die minder dan 2 seconden duren. We weten niet precies wat de oorzaak is van GRB's in de ruimte, maar men denkt dat de lange sterren worden geproduceerd wanneer de grootste sterren in ons universum afsterven in supernova-explosies, waarbij neutronensterren of zwarte gaten achterblijven. Zo'n cataclysmische dood maakt in een relatieve flits verblindend grote hoeveelheden energie vrij, en voila! Gammaflitsen.

Aan de andere kant wordt gedacht dat de korte GRB's afkomstig zijn van een heel ander mechanisme: de fusie van twee neutronensterren. Deze gebeurtenissen zijn lang niet zo krachtig als hun supernova-neven, maar ze richten lokaal genoeg schade aan om een ​​flits van gammastraling te produceren..

Binnen een straalmotor

Maar als neutronensterren botsen, is dat iets lelijks. Elke neutronenster weegt meerdere malen de massa van de zon van de aarde, maar die massa wordt samengeperst tot een bol die niet breder is dan een typische stad. Op het moment van een botsing tussen twee van dergelijke objecten, draaien ze woest om elkaar heen met een gezonde fractie van de lichtsnelheid. 

Vervolgens fuseren de neutronensterren om ofwel een grotere neutronenster te vormen, ofwel, als de omstandigheden goed zijn, een zwart gat, waarbij een spoor van vernietiging en puin van de voorgaande ramp achterblijft. Deze ring van materie stort in op het lijk van de voormalige neutronenster en vormt een zogenaamde aanwasschijf. In het geval van een nieuw gevormd zwart gat, voedt deze schijf het monster in het hart van de stapel wrakstukken met een snelheid van enkele zonnen aan gas per seconde.

Terwijl alle energie en materiaal ronddwarrelt en in het centrum van het systeem stroomt, windt een gecompliceerde (en slecht begrepen) dans van elektrische en magnetische krachten materiaal op en lanceert stralen van die materie omhoog en weg van de kern, langs de rotatieas van het centrale object en in het omringende systeem. Als die jets doorbreken, verschijnen ze als gigantische, korte zoeklichten die wegsnellen van de botsing. En als die zoeklichten toevallig naar de aarde wijzen, krijgen we een puls van gammastralen.

Maar die jets zijn relatief smal, en zolang je de GRB niet frontaal ziet, zou het niet zo gevaarlijk moeten zijn, toch? Niet zo snel.

Neutrino fabriek

Het blijkt dat jets zich op een rommelige, gecompliceerde manier vormen en zich verwijderen van de plaats van de fusie van neutronensterren. Gaswolken draaien en klitten op elkaar, en de stromen van straling en materiaal weg van het centrale zwarte gat komen niet in een nette en ordelijke lijn.

Het resultaat is een totale, vernietigende chaos.

In de nieuwe studie hebben een paar astrofysici de details van deze systemen onderzocht na de botsing. De onderzoekers letten goed op het gedrag van enorme gaswolken die over zichzelf struikelen in de stormloop die wordt aangedreven door de ontsnappende jets..

Soms botsen deze gaswolken met elkaar en vormen ze schokgolven die hun eigen sets straling en hoogenergetische deeltjes, ook wel kosmische straling genoemd, kunnen versnellen en aandrijven. Deze stralen, bestaande uit protonen en andere zware kernen, krijgen genoeg energie om te versnellen tot bijna de lichtsnelheid, zodat ze tijdelijk kunnen samensmelten om exotische en zeldzame combinaties van deeltjes te produceren, zoals pionen..

De pionen vervallen dan snel tot regen van neutrino's, minuscule deeltjes die het universum overspoelen maar nauwelijks interactie hebben met andere materie. En omdat deze neutrino's worden geproduceerd buiten het smalle gebied van de straal die weg van de GRB zelf blaast, kunnen ze zelfs worden gezien als we niet de volledige explosie van gammastralen krijgen..

De neutrino's zelf zijn een teken dat woeste, dodelijke kernreacties verder weg van het centrum van de jets plaatsvinden. We weten nog niet precies hoever de gevarenzone zich uitstrekt, maar beter dan genezen.

Samengevat: kom gewoon niet in de buurt van botsende neutronensterren.

Paul M.Sutter is astrofysicus bij De Ohio State University, gastheer van Vraag een ruimteman en Space Radio, en auteur van Jouw plaats in het heelal.

• 9 ideeën over zwarte gaten die je versteld doen staan
• Wat is dat? Uw vragen over natuurkunde beantwoord
• Kosmische recordhouders: de 12 grootste objecten in het heelal

Oorspronkelijk gepubliceerd op .