Ученые используют лазеры для создания миниатюрных ударных волн сверхновых
AstroNews.ru - 11 Июня 2020 15:59:03
Исследователи создали миниатюрную версию ударных волн сверхновых в лаборатории на Земле, чтобы решить давнюю космическую тайну.
Когда звезды умирают и взрываются в сверхновых, они создают ударные волны, которые распространяются через окружающую плазму. Эти мощные ударные волны выбрасывают космические лучи или высокоэнергетические частицы во вселенную. Волны действуют почти как ускорители частиц, выталкивая эти частицы так быстро, что они приближаются к скорости света. Однако ученым еще предстоит полностью понять, как именно и почему ударные волны ускоряют эти частицы.
«Это захватывающие системы, но из-за того, что они находятся так далеко, их трудно изучать», - говорится в заявлении Фредерики Фьюз, старшего научного сотрудника Национальной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики, который возглавлял новое исследование.
Итак, чтобы лучше изучить эти космические ударные волны, ученые привезли их на Землю. Не буквально, но исследователи создали уменьшенную версию остатков сверхновых. «Мы не пытаемся создать остатки сверхновых в лаборатории, но мы можем больше узнать о физике астрофизических потрясений и проверить модели», - сказала Фьюз в заявлении.
Фьюз и ее коллеги работали над созданием быстрой рассеянной ударной волны, которая могла бы имитировать удары, которые следуют за сверхновой. Ученые работали в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии. На этом объекте исследователи стреляли мощными лазерами в углеродные листы, чтобы создать два плазменных потока, направленных друг на друга. Согласно заявлению, когда плазменные потоки сталкивались, они создавали ударную волну «в условиях, подобных удару остатка сверхновой». Ученые наблюдали за экспериментом, используя как оптическое, так и рентгеновское оборудование.
Изучая миниатюрный аналог космического явления здесь, на Земле, исследователи подтвердили, что удар способен ускорять электроны почти до скорости света. Однако остается загадкой, как именно эти электроны достигли таких скоростей, что побудило ученых перейти к компьютерному моделированию.
«Мы не можем видеть детали того, как частицы получают свою энергию даже в экспериментах, не говоря уже о астрофизических наблюдениях, и именно здесь симуляции вступают в игру», сказала Анна Грасси, соавтор нового исследования.
Пока космическая загадка ускоренных частиц ударной волны остается, компьютерные модели, созданные Грасси, выявили одно возможное решение. Согласно этим моделям, разработанным Грасси, турбулентные электромагнитные поля внутри ударной волны могут ускорять электроны до наблюдаемых скоростей.
Фьюз, Грасси и их коллеги продолжат исследовать рентгеновские лучи, испускаемые ускоренными электронами, и оттачивать компьютерное моделирование, говорится в заявлении. Будущие исследования будут изучать положительно заряженные протоны, в дополнение к электронам, изученным в этой работе,образованными ударной волной.
Эта работа была опубликована 8 июня в журнале Nature Physics.