Artistieke impressie van een gammastraaluitbarsting die nabij de aarde explodeert. Klik om te vergroten.
We leven in een gevaarlijk universum. Voeg nu gammastraaluitbarstingen toe aan de lijst - die krachtigste explosies in het heelal. Zelfs 10 seconden straling van een van deze gebeurtenissen zou een dodelijke tegenslag zijn voor het leven op aarde. Voordat je op zoek gaat naar een andere planeet om op te leven, is Dr. Andrew Levan van de Universiteit van Hertforshire hier om de waarschijnlijkheid van een explosie in de buurt uit te leggen. Het lijkt erop dat de kansen in ons voordeel zijn.
Luister naar het interview: We zijn beschermd tegen gammastralen (6,0 MB)
Of abonneer u op de podcast: universetoday.com/audio.xml
Wat is een podcast?
Fraser Cain: Nu wil ik leren hoe veilig ik ben tegen gammaflitsen, maar kun je eerst de uitleg geven wat deze explosies zijn?
Dr. Andrew Levan: Gammastraaluitbarstingen waren de afgelopen 30 jaar echt een mysterie. Ze werden voor het eerst ontdekt in 1967 door satellieten die werden gelanceerd om te zoeken naar bewijzen van kernproeven in de ruimte. Dus in de jaren zestig was er aan beide kanten bezorgdheid - de Russen en de Amerikanen - we zijn bang dat de andere kant kernwapens ergens in de ruimte gaat testen. En dus was er een testverbodverdrag dat dit verbood en vervolgens werden verschillende satellieten gelanceerd om de ondertekening van deze tests te kunnen detecteren. En deze tests zouden een signatuur hebben gegeven die een uitbarsting van gammastraling zou zijn geweest. En dus werden de satellieten gelanceerd om hiernaar te zoeken. Ze hebben nooit gammastralen van nucleaire tests gezien, maar wat ze wel vonden, waren deze zeer heldere explosies die nergens in het zonnestelsel plaatsvonden. Niet geassocieerd met iets dat duidelijk was; niet echt de maan of een van de planeten of iets dergelijks. En dit waren dus de eerste ontdekte gammaflitsen.
De meeste 20 of 30 jaar lang was dat eigenlijk alles wat we van hen wisten; deze vreemde onverklaarbare flitsen van hoogenergetische straling. Dit is licht met golflengten die veel korter zijn dan röntgenstralen die medische beelden gebruiken. En daarom waren ze erg moeilijk om ze te lokaliseren. Dus we wisten echt niet waar ze waren, of ze zich in de buurt bevonden of dat ze ver weg waren. En toen, eind jaren negentig, zijn we er eindelijk in geslaagd hun oorsprong te lokaliseren door optische emissies, door normaal licht, en dat toonde aan dat het ongelooflijk heldere explosies waren die plaatsvonden in het verre heelal, dus je hebt het over het terugkijken naar slechts een een paar honderd miljoen jaar na de oerknal - 95% van de weg terug door het tijdperk van het heelal.
En dat was dus een soort van eerste doorbraak. En in de loop van de volgende jaren werd beseft dat deze gammastraaluitbarstingen in feite werden veroorzaakt door de ineenstorting van een zeer massieve ster. Dus als je heel massaal praat, heb je het eigenlijk over 20-30 keer zo zwaar als de zon. En wat er met deze sterren gebeurt, is dat ze waterstof in hun kernen verbranden of samensmelten tot zwaardere elementen. En uiteindelijk stopt dat proces, ze vallen in zichzelf, vormen een zwart gat en het is dat proces dat een gammastraaluitbarsting veroorzaakt.
Fraser: Dat lijkt erg op het proces van een supernova-explosie. Dus, wat is het verschil?
Dr. Levan: Nou ja, veel gammastraaluitbarstingen zijn supernova-explosies. Ze zijn dus slechts een subset van supernova. Supernova ontstaat wanneer sterren die zwaarder zijn dan 8 keer de massa van de zon zonder nucleaire brandstof opraken en instorten, maar meestal vormen ze een neutronenster in plaats van een zwart gat. Nu is een neutronenster net iets minder extreem een object, maar het is nog steeds erg extreem. En dus is het min of meer de massa van de zon, maar stortte in op een gebied van slechts 10 mijlen breed. Maar wat er gebeurt, is dat je eigenlijk veel minder energie eruit haalt. En dus als je deze zeer massieve sterren hebt die gammastraaluitbarstingen worden, wordt de energie van deze gammastralen in een straal gelanceerd. Dus het is alsof een tuinslang recht op je gericht is, en het gaat in feite aan beide uiteinden uit de polen van de ster. Het verlicht de lucht als een zeer heldere bron. Maar het verlicht misschien maar een paar procent van de lucht. En dat is waar de gammastraling wordt uitgezonden, en dat is wat een gammastraal doet barsten. En slechts een paar soorten supernova zijn die die zowel de zwarte gaten creëren als de noodzakelijke voorwaarden om een straal te creëren, zijn die die de gammastraaluitbarsting creëren. En dan zijn de gammastraaluitbarstingen veel helderder dan de normale supernovae die we zien.
Fraser: En in de buurt zijn, is dit een behoorlijk gevaarlijke plek om te zijn. Hoe riskant is het en hoe ver is de sfeer van vernietiging?
Dr. Levan: Mensen praten over supernova's en ze praten over gammastraaluitbarstingen als gevaarlijk voor de aarde. Voor een supernova moet het echt heel dichtbij zijn; het moet binnen ongeveer 10 parsecs van ons zijn (of 30 lichtjaar). Daar zitten echt niet veel sterren in. Nu met gammastraaluitbarstingen is het zoveel helderder dat het 30 of 40.000 lichtjaren van ons verwijderd kan zijn. Dus dat is halverwege de melkweg. Als iemand in het midden van de melkweg zou afgaan en de aarde zou raken, dan zou dat voor ons ongelooflijk gevaarlijk zijn. Want wat er zou gebeuren, is dat de straling met hoge energie ons zou raken, de hoge atmosfeer zou ioniseren en veel nieuwe, behoorlijk vervelende stikstofoxiden zou creëren die zure regen zouden veroorzaken. Het zou de ozonlaag vernietigen en tegelijkertijd zou het de kant van de aarde die er tegenover staat overspoelen met een ongelooflijk hoge dosis ultraviolette straling.
Fraser: Als een van deze in je sterrenstelsel afgaat, is dat een enorme tegenslag voor het leven. Ik kan me niet veel voorstellen dat dat zou kunnen weerstaan, afgezien van het microbiële leven onder de grond.
Dr. Levan: Ja, absoluut, echt waar. De impact voor ons is dat je de nogal paradoxale situatie zou hebben dat de stikstofoxiden die in de atmosfeer werden gecreëerd, het optische licht zouden kunnen blokkeren, dus je zou wereldwijde koeling hebben. Je zou problemen hebben met het fotosynthetiseren van planten en dat soort dingen. Maar tegelijkertijd omdat je de ozonlaag vernietigt, zou je een hoge flux van ultraviolet licht hebben die echt schadelijk zou zijn voor elk leven dat het tegenkwam. En dus zou het het evolutieproces drastisch beïnvloeden. Of het voor ons mogelijk zou zijn om voldoende te evolueren om dat te doorstaan, is zeer onwaarschijnlijk.
Fraser: Denken wetenschappers dat dit verantwoordelijk is voor enkele uitstervingsgebeurtenissen in het verleden?
Dr. Levan: Hier is veel discussie over. Uiteraard is de meest besproken extinctie die van de dinosauriërs en veel mensen geloven nu dat het waarschijnlijk een asteroïdeinslag van buiten de aarde was of zoiets. Er was zeker een uitstervingsgebeurtenis ongeveer 400 miljoen jaar geleden, waar mensen het over hadden, misschien als gevolg van een gammastraaluitbarsting. Het is duidelijk dat het erg onzeker is als je terugkijkt en je probeert door het fossielenbestand te kijken, maar er is zeker gesproken over gammastraaluitbarstingen omdat ze minder vaak voorkomen dan supernova, ze kunnen je beïnvloeden over zo'n grote volume de aarde waarover mensen hebben gesproken over uitstervingen in het verleden als gevolg van gammastraaluitbarstingen.
Fraser: Oké, nu is mij goed nieuws beloofd. Leg het op mij.
Dr. Levan: Wat we hebben gedaan, is veel van deze uitbarstingen bestuderen, ongeveer veertig. Dit zijn gammastraaluitbarstingen die je kunt ontspannen, ze zijn zo ver weg dat ze zelfs met de grootste telescopen ter wereld moeilijk te zien zijn. Maar wat we van hen kunnen bestuderen, is het type sterrenstelsel waarin ze plaatsvinden. En dus wordt de Melkweg, ons sterrenstelsel, een grootse ontwerpspiraal genoemd. Het is een heel groot, heel enorm sterrenstelsel. Als je nu kijkt naar de soorten sterrenstelsels waarin deze vaak voorkomen, zie je dat ze zich altijd in deze kleine, rommelige, zeer onregelmatige sterrenstelsels bevinden met een zeer lage massa, die heel anders zijn dan de Melkweg. En de reden hiervoor is dat de Melkweg veel heeft van wat we metalen noemen. Als astronomen over metalen praten, bedoelen we niet echt dingen als aluminium of ijzer, of dat soort dingen. We bedoelen echt alles dat zwaarder is dan waterstof of helium. En dus om leven te hebben, moet je koolstof en zuurstof hebben en dat soort dingen die heel zeldzaam zijn in de kleine sterrenstelsels die gammastraaluitbarstingen hebben. Dus wat je je realiseert als je ernaar kijkt, is dat kleine sterrenstelsels van vitaal belang zijn voor het creëren van gammastraaluitbarstingen, want wat je in feite nodig hebt zijn zeer massieve sterren die zwarte gaten vormen, en het is veel gemakkelijker om dat te doen in deze kleine sterrenstelsels die maar heel weinig hebben metalen. En wat dat in wezen betekent, is dat hoewel we dat in het verleden hebben gehad, gammastraaluitbarstingen gewoon niet voorkomen in sterrenstelsels zoals de onze.
Fraser: Ik weet dat recent onderzoek ons enkele stervormingsgebieden in nabijgelegen satellietstelsels aan de Melkweg laat zien die sterren opbouwen die 50-80 keer de massa van de zon zijn, dus zijn dat goede kandidaten of is er iets met de zwaardere elementen?
Dr. Levan: Ja, dus er is iets heel specifieks aan de zwaardere elementen. Als je zwaardere elementen in een ster hebt, heeft dit in feite een zeer fundamentele invloed op de evolutie van de ster. En wat er dus gebeurt, is dat deze zware elementen hebben wat we stellaire winden noemen; vrij sterke sterrenwinden. En wat dit betekent is dat ze al het materiaal dat zich buiten hen bevindt, wegduwen. Dus hoewel ze hun leven beginnen als zeer massieve sterren, hebben ze tegen de tijd dat ze hun leven beëindigen, veel van die massa verloren dat ze niet langer massief genoeg zijn om zwarte gaten te vormen. En dus vormen ze deze neutronensterren eigenlijk als normale supernovae. Het lijdt dus weinig twijfel dat deze massieve sterren die je ziet en de massieve stervormingsgebieden die je ziet supernova's zullen vormen, omdat ze veel verder weg zijn, ze vormen geen bedreiging voor ons. En vanwege hun stellaire winden, zullen ze zoveel van hun massa verliezen dat ze geen zwarte gaten kunnen maken en dus geen gammastraaluitbarstingen kunnen maken.
Fraser: Aangezien alle gammastraaluitbarstingen overal in het heelal zijn waargenomen, lijkt het bijna op een functie van ouderdom - als je verder weg kijkt, kijk je terug in de tijd. Vroeger hadden we gammastraaluitbarstingen, maar die gebeuren gewoon niet meer.
Dr. Levan: Ja, heel erg. Het is duidelijk dat naarmate sterren evolueren, je je eerste generatie sterren maakt. Alle metalen, alle atomen die je om je heen ziet, in je lichaam, in het gebouw, en dat soort dingen, zijn gemaakt van supernova-explosies in het verleden. Ze verrijken alles om hen heen, en dan is er nog een generatie sterren van gemaakt, enzovoort. Dus als je terugkijkt in het heelal, waren er minder van deze metalen en minder van deze zware elementen, en dus is het vroege heelal een veel veelbelovende plek om gammastraaluitbarstingen te zoeken dan het heelal zoals we het nu zien waar alleen gammastraaluitbarstingen voorkomen in kleine sterrenstelsels waar er niet zoveel stervorming is geweest zolang er in de Melkweg is geweest.
