Наука

Наднова в лабораторії.

Комп’ютерна модель турбулентних магнітних полів в двох розходяться ударних хвилях.Наднові зірки – це прекрасний у своїй потужності катаклізм, вже який рік розбурхує уми вчених. І тому безліч фізиків хочуть розібратися в механізмі вибуху зірки.

Незважаючи на те, що в околицях Сонячної системи наднові не вибухали (велике спасибі за це всім богам відразу, людство було б знищено), деякі аспекти вибуху вченим достовірно відомі. Наприклад, коли зірки вибухають як наднові, вони створюють в навколишній їх плазмі настільки потужні ударні хвилі, що вони працюють як прискорювачі частинок. В результаті практично зі швидкістю світла у Всесвіт викидаються потоки частинок, відомі як космічні промені, а сам залишок зірки після вибуху виглядає як туманність, що розпливається з великою швидкістю.

Однак, сам механізм прискорення частинок до кінця невідомий, і саме його спробували відтворити в експерименті співробітники Центру Стенфордського лінійного прискорювача (SLAC). Сам по собі процес поширення ударної хвилі зрозумілий і має прямий аналог у звичайному житті, коли надзвуковий літак створює в польоті ударні хвилі. Але у випадку наднових є суттєві відмінності, зокрема, попутне формування потоків надшвидких частинок-космічних променів.

За сучасними уявленнями космічні промені утворюються всередині ударної хвилі, яка підхоплює і прискорює майже до швидкості світла заряджені частинки за допомогою електромагнітних полів, що виникають в розлітається матерії зірки. Однак в такому хорошому пояснення є один тонкий і незрозумілий момент-щоб прискоритися до таких швидкостей у частинок повинна бути висока початкова швидкість, якої начебто нізвідки взятися.Прояснити цей момент можна було б прямими спостереженнями, але це неможливо – всі наднові розташовані занадто далеко від нас.

І тому вчені зімітували ударну хвилю. Для цього вони скористалися обладнанням Національного комплексу лазерних термоядерних реакцій в Ліверморській лабораторії, де вистрілили одними з найпотужніших лазерів у світі в пару вуглецевих пластин, створивши зустрічні плазмові потоки. Коли потоки зіткнулися, виникла ударна хвиля, аналогічна тій, що утворюється в наднових.

Образна схема експерименту.В результаті вченим вдалося прямо спостерігати процес прискорення частинок до швидкостей світла в ударній хвилі. А зібрані експериментальні дані дозволили побудувати комп’ютерну модель процесу, що остаточно прояснила всі деталі.

Виявилося, що турбулентні електромагнітні поля всередині ударної Хвилі можуть розігнати електрони настільки, що вони можуть покинути хвилю. При цьому далі вони можуть, втративши енергію, повернутися назад і розігнатися ще сильніше. Саме такий ефект і забезпечує необхідну високу початкову швидкість частинок, що беруть участь у формуванні космічних променів.

Поки що вчені обмежувалися в експерименті питанням прискорення електронів. Тому наступний крок очевидний-дослідникам належить прояснити механізми прискорення інших частинок, що спостерігаються в космічних променях. В цілому, незважаючи на дуже цікаві результати досліджень, більше вражає сам підхід, коли в лабораторії моделюються астрофізичні процеси.

Якщо вдасться ставити такі експерименти систематично, то розвиток астрофізики піде семимильними кроками. F. Fiuza et al, Electron acceleration in laboratory-produced turbulent collisionless shocks, Nature Physics (2020).

DOI: 10.1038 / s41567-020-0919-4Мне важлива Ваша думка. Якщо подобається, ставте лайк, підписуйтесь.

Related posts

Leave a Comment