De mest energiska blixtar i universum producerar dödliga kärnreaktioner

Gamma-ray bursts är bland de mest kraftfulla händelserna i universum, antändas när stjärnor dör i massiva explosioner eller när de smälter samman ... massiva explosioner. 

När dessa våldsamma kosmiska explosioner inträffar, fungerar de som kosmiska fyrar och släpper strålar av något av det ljusaste ljuset i universumet, tillsammans med en flod av neutrinoer, dessa vittiga, spökliknande partiklar som glider genom universum nästan helt oupptäckta. 

Det är uppenbart att du inte vill bli utsatt för en av dessa dödliga, DNA-stekande energisprickor. Men fysiker brukade tro att gammastrålsprängningar var farliga bara om du befann dig på en smal bana för en av jetsna som kom från explosionen. Tyvärr antyder en ny studie uppdaterad på arXiv-databasen 29 november (men ännu inte granskad av peer) att dessa utbrott är dåliga nyheter runt omkring och kan skicka dödliga strålar i en vidare vinkel än tidigare trott.

Kosmiska gammastrålningsfabriker

Under årtiondena har astronomer identifierat två typer av himmelska gammastrålar (kort kallade GRB): långa som varar mer än 2 sekunder (upp till flera minuter) och korta som varar mindre än 2 sekunder. Vi är inte riktigt säkra på vad som orsakar GRB ut i rymden, men man tror att de långa produceras när de största stjärnorna i vårt universum dör av i supernovaexplosioner och lämnar neutronstjärnor eller svarta hål. En kataklysmisk död som släpper bländande enorma mängder energi i en relativ blixt, och voila! Gamma-ray brister.

Å andra sidan tros de korta GRB: erna komma från en helt annan mekanism: sammanslagningen av två neutronstjärnor. Dessa händelser är inte nästan lika kraftfulla som deras supernova-kusiner, men de gör tillräckligt med förödelse lokalt för att producera en flash av gammastrålar.

Inuti en jetmotor

Fortfarande, när neutronstjärnor kolliderar, är det en ful sak. Varje neutronstjärna väger flera gånger massan från jordens sol, men den massan komprimeras till en sfär som inte är bredare än en typisk stad. I det ögonblick som stötar mellan två sådana föremål, kretsar de grymt varandra med en frisk bråkdel av ljusets hastighet. 

Därefter smälter neutronstjärnorna samman för att bilda antingen en större neutronstjärna eller, om förhållandena är rätt, ett svart hål, som lämnar ett spår av förstörelse och skräp från föregående katastrof. Denna ring av materia kollapsar på liken av den tidigare neutronstjärnan och bildar det som kallas en ackretionsskiva. När det gäller ett nybildat svart hål matar denna skiva monsteret i hjärtat av vrakhögen med en hastighet på upp till några sols värden per sekund.

Med all energi och material som virvlar runt och häller in i mitten av systemet, lindrar en komplicerad (och dåligt förstått) dans av elektriska och magnetiska krafter upp material och lanserar strålar av den materien upp och bort från kärnan, längs rotationsaxeln av det centrala objektet och in i det omgivande systemet. Om dessa jets bryter igenom verkar de som jätte, korta strålkastare som springer bort från kollisionen. Och när dessa strålkastare råkar peka på jorden, får vi en puls av gammastrålar.

Men dessa jetflygplan är relativt smala, och så länge du inte ser GRB framme, borde det inte vara så farligt, eller hur? Inte så snabbt.

Neutrino fabrik

Det visar sig att strålar bildas och flyttar bort från platsen för neutronstjärnens sammanslagning på ett smutsigt och komplicerat sätt. Gasmoln tvinnas och trasslar upp varandra, och strålningarna och materialströmmarna bort från det centrala svarta hålet kommer inte i en snygg och ordnad linje.

Resultatet är fullständigt, förstörande kaos.

I den nya studien undersökte ett par astrofysiker detaljerna i dessa system efter kollisionshändelsen. Forskarna ägde stor uppmärksamhet åt beteendet hos massiva gasmoln när de reser över sig själva i frimärket drivet av de flyktiga jetflygarna.

Ibland kolliderar dessa gasmoln med varandra och bildar chockvågor som kan accelerera och driva sina egna uppsättningar av strålning och högenergipartiklar, kända som kosmiska strålar. Dessa strålar, som består av protoner och andra tunga kärnor, får tillräckligt med energi för att accelerera till nästan ljusets hastighet, så att de tillfälligt kan smälta samman för att producera exotiska och sällsynta kombinationer av partiklar, som pioner.

Pionerna försvinner sedan snabbt i duschar med neutrino, små partiklar som översvämmer universum men nästan aldrig interagerar med annan materia. Och eftersom dessa neutrinoer produceras utanför den smala regionen i strålen som sprängs bort från själva GRB, kan de ses även om vi inte får full sprängning av gammastrålar.

Neutrinoerna själva är ett tecken på att våldsamma, dödliga kärnreaktioner sker längre bort från jets centrum. Vi vet ännu inte exakt hur långt farozonen sträcker sig, men bättre säkert än ledsen.

Så i sammanfattning: Gå bara inte någonstans nära kolliderande neutronstjärnor.

Paul M. Sutter är en astrofysiker på Ohio State University, värd av Fråga en Spaceman och Space Radio, och författare till Din plats i universum.

• 9 idéer om svarta hål som kommer att blåsa ditt sinne
• Vad är det? Dina fysiska frågor besvarade
• Kosmiska skivhållare: De 12 största föremålen i universum

Ursprungligen publicerad den .