esplosioni di raggi gamma, intense esplosioni di luce, sono gli eventi più brillanti mai osservati nell'universo, che durano non più di secondi o minuti. Alcuni sono così luminosi da poter essere osservati ad occhio nudo, come il burst "GRB 080319B" scoperto dalla missione Swift GRB Explorer della NASA il 19 marzo, 2008.

Ma nonostante il fatto che siano così intensi, gli scienziati non sanno davvero cosa causa i lampi di raggi gamma. Ci sono persino persone che credono che alcuni di essi potrebbero essere messaggi inviati da civiltà aliene avanzate. Ora siamo riusciti per la prima volta a ricreare una versione mini di un lampo di raggi gamma in laboratorio, aprendo un modo completamente nuovo per studiarne le proprietà. La nostra ricerca è pubblicata in Lettere di revisione fisica .

Un'idea per l'origine dei lampi di raggi gamma è che sono in qualche modo emessi durante l'emissione di getti di particelle rilasciate da oggetti astrofisici massicci, come i buchi neri. Ciò rende i lampi di raggi gamma estremamente interessanti per gli astrofisici:il loro studio dettagliato può svelare alcune proprietà chiave dei buchi neri da cui hanno origine.

I fasci rilasciati dai buchi neri sarebbero per lo più composti da elettroni e dai loro compagni "antimateria", i positroni - tutte le particelle hanno controparti di antimateria che sono esattamente identiche a se stesse, solo con carica opposta. Questi raggi devono essere forti, campi magnetici autogenerati. La rotazione di queste particelle attorno ai campi emette potenti esplosioni di radiazioni gamma. O, almeno, questo è ciò che le nostre teorie prevedono. Ma in realtà non sappiamo come verrebbero generati i campi.

Sfortunatamente, ci sono un paio di problemi nello studio di queste esplosioni. Non solo durano per brevi periodi di tempo ma, più problematicamente, hanno origine in galassie lontane, a volte anche miliardi di anni luce dalla Terra (immagina un uno seguito da 25 zeri - questo è fondamentalmente ciò che un miliardo di anni luce è in metri).

Ciò significa che ti affidi a guardare qualcosa di incredibilmente lontano che accade a caso, e dura solo pochi secondi. È un po' come capire di cosa è fatta una candela, solo intravedere candele accese di tanto in tanto a migliaia di chilometri da te.

Il laser più potente del mondo

È stato recentemente proposto che il modo migliore per capire come vengono prodotti i lampi di raggi gamma sarebbe imitarli in riproduzioni su piccola scala in laboratorio, riproducendo una piccola sorgente di questi fasci di elettroni-positroni e osservando come si evolvono quando vengono lasciati. da soli. Il nostro gruppo e i nostri collaboratori dagli USA, Francia, UK, e Svezia, recentemente è riuscito a creare la prima replica su piccola scala di questo fenomeno utilizzando uno dei laser più intensi sulla Terra, il laser Gemelli, ospitato dal Rutherford Appleton Laboratory nel Regno Unito.

Quanto è intenso il laser più intenso sulla Terra? Prendete tutta l'energia solare che investe tutta la Terra e spremetela in pochi micron (praticamente lo spessore di un capello umano) e avrete l'intensità di un tipico colpo laser in Gemelli. Sparare questo laser su un bersaglio complesso, siamo stati in grado di rilasciare copie ultraveloci e dense di questi getti astrofisici e realizzare filmati ultraveloci su come si comportano. Il ridimensionamento di questi esperimenti è drammatico:prendere un vero getto che si estende anche per migliaia di anni luce e comprimerlo fino a pochi millimetri.

Nel nostro esperimento, abbiamo potuto osservare, per la prima volta, alcuni dei fenomeni chiave che giocano un ruolo importante nella generazione di lampi di raggi gamma, come l'autogenerazione di campi magnetici che è durata a lungo. Questi sono stati in grado di confermare alcune importanti previsioni teoriche sulla forza e la distribuzione di questi campi. In breve, il nostro esperimento conferma in modo indipendente che i modelli attualmente utilizzati per comprendere i lampi di raggi gamma sono sulla buona strada.

L'esperimento non è importante solo per studiare i lampi di raggi gamma. La materia fatta solo di elettroni e positroni è uno stato della materia estremamente peculiare. La materia normale sulla Terra è costituita prevalentemente da atomi:un pesante nucleo positivo circondato da nubi di luce ed elettroni negativi.

A causa dell'incredibile differenza di peso tra questi due componenti (il nucleo più leggero pesa 1836 volte l'elettrone) quasi tutti i fenomeni che sperimentiamo nella nostra vita quotidiana derivano dalla dinamica degli elettroni, che sono molto più veloci nel rispondere a qualsiasi input esterno (luce, altre particelle, campi magnetici, lo chiami) rispetto ai nuclei. Ma in un fascio di elettroni-positroni, entrambe le particelle hanno esattamente la stessa massa, il che significa che questa disparità nei tempi di reazione è completamente cancellata. Questo porta a una serie di affascinanti conseguenze. Per esempio, il suono non esisterebbe in un mondo elettrone-positrone.

Fin qui tutto bene, ma perché dovremmo preoccuparci così tanto di eventi così lontani? Ci sono infatti molteplici ragioni. Primo, capire come si formano i lampi di raggi gamma ci permetterà di capire molto di più sui buchi neri e quindi aprire una grande finestra su come è nato e come si evolverà il nostro universo.

Ma c'è una ragione più sottile. SETI – Search for Extra-Terrestrial Intelligence – cerca messaggi da civiltà aliene cercando di catturare segnali elettromagnetici dallo spazio che non possono essere spiegati naturalmente (si concentra principalmente su onde radio, ma anche i lampi di raggi gamma sono associati a tali radiazioni).

Certo, se metti il ​​tuo rilevatore per cercare le emissioni dallo spazio, ottieni un sacco di segnali diversi. Se vuoi davvero isolare le trasmissioni intelligenti, devi prima assicurarti che tutte le emissioni naturali siano perfettamente conosciute in modo che possano essere escluse. Il nostro studio aiuta a comprendere le emissioni di buchi neri e pulsar, affinché, ogni volta che rileviamo qualcosa di simile, sappiamo che non proviene da una civiltà aliena.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.