Gamma-stralenuitbarstingen behoren tot de krachtigste gebeurtenissen in het universum, die worden ontstoken wanneer sterren sterven bij enorme explosies of wanneer ze opgaan in ... enorme explosies.
Terwijl deze gewelddadige kosmische explosies plaatsvinden, gedragen ze zich als kosmische vuurtorens, waarbij bundels van een deel van het helderste licht in het universum vrijkomen, samen met een stroom van neutrino's, die piekerige, spookachtige deeltjes die bijna volledig onopgemerkt door het universum glippen.
Het is duidelijk dat je niet wilt worden blootgesteld aan een van deze dodelijke, DNA-frituur-energie-uitbarstingen. Maar natuurkundigen dachten altijd dat gammaflitsen alleen gevaarlijk waren als je je op het smalle pad van een van de stralen bevond die uit de explosie kwamen. Helaas suggereert een nieuwe studie die is bijgewerkt op de arXiv-database op 29 november (maar nog niet door vakgenoten is beoordeeld) dat deze uitbarstingen overal slecht nieuws zijn en dodelijke stralen onder een veel grotere hoek kunnen sturen dan eerder werd gedacht.
Kosmische gammastraling fabrieken
In de afgelopen decennia hebben astronomen twee soorten hemelse gammastraaluitbarstingen geïdentificeerd (kortweg GRB's genoemd): lange van meer dan 2 seconden (tot enkele minuten) en korte van minder dan 2 seconden. We weten niet precies wat GRB's in de ruimte veroorzaakt, maar men denkt dat de lange worden geproduceerd wanneer de grootste sterren in ons universum afsterven door supernova-explosies, waardoor neutronensterren of zwarte gaten achterblijven. Zo'n catastrofale dood geeft verbluffend veel energie in een relatieve flits en voila! Gamma-ray barst.
De korte GRB's daarentegen zouden 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 veroorzaken lokaal grote schade om een flits van gammastraling te produceren.
In een straalmotor
Maar als neutronensterren botsen, is dat iets lelijks. Elke neutronenster weegt meerdere keren 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 botsing tussen twee van dergelijke objecten, draaien ze woest om elkaar in een gezonde fractie van de lichtsnelheid.
Vervolgens versmelten de neutronensterren tot een grotere neutronenster of, als de omstandigheden goed zijn, een zwart gat, waardoor er een spoor van vernietiging en puin achterblijft van de voorgaande catastrofe. Deze materiering stort in op het lijk van de voormalige neutronenster en vormt een zogenaamde accretieschijf. 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 een paar zonnen gas per seconde.
Terwijl alle energie en materiaal ronddwarrelen en in het midden van het systeem stromen, wikkelt 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 draaias van het centrale object en in het omringende systeem. Als die stralen doorbreken, verschijnen ze als gigantische, korte zoeklichten die wegrennen van de botsing. En als die zoeklichten toevallig op de aarde wijzen, krijgen we een puls gammastraling.
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.
Fabriek van Neutrino
Het blijkt dat straaljagers zich op een rommelige, gecompliceerde manier vormen en weg bewegen van de plaats van de fusie van neutronensterren. Gaswolken draaien om elkaar heen en raken in de war, en de straling en straling weg van het centrale zwarte gat komen niet in een nette en geordende lijn.
Het resultaat is een totale, destructieve chaos.
In de nieuwe studie verkenden een paar astrofysici de details van deze systemen na de botsing. De onderzoekers letten goed op het gedrag van enorme gaswolken terwijl ze over zichzelf struikelen in de stormloop die wordt aangedreven door de ontsnappende stralen.
Soms botsen deze gaswolken met elkaar en vormen ze schokgolven die hun eigen stralingen en hoogenergetische deeltjes, die bekend staan als kosmische straling, kunnen versnellen en aandrijven. Deze stralen, die bestaan uit protonen en andere zware kernen, krijgen voldoende energie om te versnellen tot bijna de lichtsnelheid, zodat ze tijdelijk kunnen samenvloeien om exotische en zeldzame combinaties van deeltjes te produceren, zoals pionen.
De pionen vervallen dan snel in buien van neutrino's, minuscule deeltjes die het universum overspoelen maar zelden met andere materie interageren. En omdat deze neutrino's worden geproduceerd buiten het smalle gebied van de straal die wegvliegt van de GRB zelf, kunnen ze worden gezien, zelfs als we niet de volledige explosie van gammastralen krijgen.
De neutrino's zelf zijn een teken dat woeste, dodelijke nucleaire reacties verder weg van het centrum van de jets plaatsvinden. We weten nog niet precies hoe ver de gevarenzone reikt, maar beter dan genezen.
Kort samengevat: kom niet in de buurt van botsende neutronensterren.
Paul M. Sutter is astrofysicus bijDe Ohio State University, gastheer vanVraag een Spaceman enSpace Radio, en auteur vanJouw plaats in het universum.
