科学者たちはガンマがどのようにして起こるのかを研究しています

Jun 13, 2023

1963 年に核実験禁止条約が締結された後、アメリカの科学者は、地球上でガンマ線のスパイクが発生していないか監視することを目的として衛星を打ち上げました。ガンマ線の放射は秘密の核実験の明らかな兆候です。 しかし、科学者たちは、地球からではなく宇宙からガンマ線のバーストを発見したときに驚きました。

これらの一時的な放射線のスパイクは、地球外生命体が核爆弾を爆発させた仕業ではありません。 それらは、宇宙で最も強力で危険な爆発であるガンマ線バーストの兆候でした。 これらの出来事は非常に致命的であるため、地球の宇宙付近のどこかで発生した場合、地球は不滅になるでしょう。 この現象をより深く理解するために、ヨーロッパのCERN研究所に拠点を置く研究者たちは、強力な粒子加速器を使用して、ガンマ線バーストの特徴である激しい状態を実験室で再現しています。

ガンマ線バーストは、巨大な星が核燃料を使い果たし、その中心が崩壊してブラックホールを形成するときに発生すると考えられています。 星が崩壊すると、非常に強い磁場が形成され、星の物質の一部がブラックホールに落ちるのを防ぎます。 これらの磁場は、この物質の一部を星の極に向かって導き、ほぼ光の速度で宇宙に発射します。

各極から放出される物質の流れはジェットと呼ばれ、物質自体は高温プラズマです。これは、原子から電子の一部を失うほどガスを極端に加熱した結果です。 このジェットには、電子と陽電子 (電子に相当する反物質) の強力なスプレーに加えて、ガンマ線も含まれています。 電子と陽電子は複雑な方法で磁場と相互作用します。

これらのプラズマジェットは非常に明るいです。 それらは 1 秒以内に、太陽が 100 億年後に放出するエネルギーと同じ量のエネルギーを生成し、数十億光年離れた場所からも簡単に検出できます。 それらは非常に致命的でもあります。 いくつかの理論によると、地球から約 200 光年以内でガンマ線バーストが発生し、ジェットが直接私たちに向けられた場合、私たちの惑星は蒸発するでしょう。 より遠い距離では、しかしまだ天の川の中にあり、放射線は爆発の方向を向いている地球の側のすべての生命を滅菌するでしょう。

10 億光年以上離れたところからガンマ線バーストが発生しただけでも、地球上の無線通信が妨害される可能性があります。 彼らはそれほど強力なのです。 幸いなことに、このようなバーストは比較的まれであり、天文学者は、地球の近くにある星がバーストを発生させる候補になるとは考えていません。 しかし、一部の科学者は、ガンマ線バーストが約4億4千万年前のオルドビス紀・シルル紀の大量絶滅の原因であり、その間に当時の種の約85％が絶滅したと信じている。

ガンマ線バーストを引き起こす基本的なメカニズムは説明できますが、詳細は謎のままです。 高密度で非常に高温のプラズマ内で必要な混沌とした磁場の組み合わせを再現することは、どの研究室にとっても非常に困難です。 しかし、研究者たちはついにこれらの複雑な状況を解明しようとしています。

ヨーロッパの CERN 研究所の科学者たちは、Fireball と呼ばれる施設を作成しました。 CERN はヨーロッパを代表する素粒子物理学研究所であり、世界最高エネルギーの粒子加速器である大型ハドロン衝突型加速器を設置していることで最も有名です。 コライダーは、一連の小型粒子加速器の最後のコンポーネントです。 各加速器は粒子ビームのエネルギーを一定量増加させ、それをチェーン内の次の加速器に渡します。 多くの点で、これは自動車のさまざまなギアに似ており、各ギアは特定の速度に合わせて調整されています。

大型ハドロン衝突型加速器複合体の加速器の 1 つは、スーパー陽子シンクロトロンと呼ばれています。 この加速器では、陽子は光の速度の 99.9998% に達します。 これらの陽子は、静止したターゲットに向けて発射されます。 多段階の手順で、それらは高エネルギーの電子と陽電子のビームに変換されます。 最後に、この電子/陽電子ビームは、高温プラズマが形成される容器に向けられます。 (これは思っているほど危険ではありません。結局のところ、ノベルティ ストアで購入できるプラズマ ボールと同様に、蛍光灯にもプラズマが含まれています。)

したがって、ファイアボール施設は、ガンマ線バーストのジェット内部で見られる複雑な状態のミニチュア版を生成することができます。 プラズマ中を伝播する電子と陽電子は、まさにガンマ線バーストのジェット内で発生します。 プラズマ内の磁場は電子と陽電子のビームを妨害し、この妨害によって追加の磁場が形成され、複雑さが増します。

それでも、科学者たちはこのユニークな装置を使用することで、宇宙で最もエネルギーに満ちた出来事についての理解が深まると期待しています。 科学者たちがその結果を発表すれば、これまでに観測された最大の爆発の謎は少し薄れるだろう。