Ударные волны, созданные в лаборатории мимических сверхновой ускорителей частиц

Когда звезды взрываются как сверхновые, они производят ударные волны в плазме, окружающих их. Так сильны эти ударные волны, они могут выступать в качестве ускорителей частиц, что взрыв потоки частиц, называемых космическими лучами, во Вселенной почти со скоростью света. Но как именно они это делают, остается загадкой.

Теперь ученые разработали новый способ исследования внутренней работы астрофизической ударных волн, создавая уменьшенную версию удара в лаборатории. Они обнаружили, что астрофизические потрясений развитие турбулентности в очень маленьких масштабах — весы, которые нельзя увидеть с помощью астрономических наблюдений … что помогает удар электроны в сторону ударной волной, прежде чем они повышаются до их окончательной, невероятной скоростью.

«Эти удивительные системы, а потому, что они так далеко трудно их изучать», — сказал Фредерико это, старший научный сотрудник Национальной лабораторией Министерства энергетики ускорителе SLAC ускоритель, который возглавил новое исследование. «Мы не пытаемся сделать остатки сверхновой в лаборатории, но мы можем узнать больше о физике астрофизических там потрясений и проверки моделей.»

Проблема впрыска

Астрофизические ударных волн вокруг сверхновых не в отличие от ударных волн и звуковых ударов, которые образуются в передней части сверхзвуковых самолетов. Разница в том, что когда звезда взорвется, он образует то, что физики называют бесстолкновительной ударной волны в окружающем газе ионов и свободных электронов или плазмы. А не натыкаться друг на друга, как молекулы воздуха, отдельные электроны и ионы заставляют так и этак интенсивных электромагнитных полей в плазме. В процессе, исследователи разработали, остаток сверхновой ударов образуются сильные электромагнитные поля, которые отражаются заряженных частиц через ударную несколько раз и ускорить их в экстремальных скоростях.

Еще есть проблема. Частицы уже должны двигаться очень быстро, чтобы можно было пересечь шок в первую очередь, и никто не знает, что получает частицы до скорости. Очевидный способ решить эту проблему, известную как проблема впрыска, могло бы стать изучение сверхновых и посмотреть, что плазма вокруг них до. Но даже самые близкие сверхновые звезды за тысячи световых лет от нас, это невозможно просто навести телескоп на них и получить достаточно деталей, чтобы понять, что происходит.

К счастью, это его научный сотрудник Анна Грасси и его коллеги была другая идея: они пытаются имитировать ударных волн в остатках сверхновых в лаборатории, то компьютерные модели Грасси указано могла бы быть осуществима.

Самое главное, команда должна будет создать быстрый, рассеивают ударную волну, которая может имитировать удары остаток сверхновой. Они также должны показать, что плотность и температура плазмы увеличивается в соответствии с моделями этих ударов … и, конечно, они хотели понять, если ударная волна будет стрелять из электронов на очень высоких скоростях.

Воспламенила ударную волну

Чтобы добиться чего-то вроде этого, команда отправилась в Национальный фонд зажигания, пользователя объекта ДОУ в Ливерморской национальной лаборатории. Там, исследователи расстреливали одними из самых мощных в мире лазеров на паре углеродных листов, создания пары плазменных потоков прямиком друг в друга. Когда потоки выполняются, оптические и рентгеновские наблюдения показали все функции, команды искали, значит, они произвели в лаборатории ударной волной в условиях, приближенных к сверхновой шок.

Самое главное, они обнаружили, что, когда шок был сформирован он был действительно способен ускорить электроны почти до скорости света. Они наблюдаются максимальные скорости электронов, что согласуется с ускорением, которых они ожидали на основе измеряемых ударных свойств. Однако микроскопические детали как эти электроны достигли таких высоких скоростях остается неясным.

К счастью, модели могут помочь раскрыть некоторые тонкости, впервые были протестированы на основе экспериментальных данных. «Мы не можем узнать, как частицы получают энергию даже в экспериментах, а уж в астрофизических наблюдений, и это, где моделирование действительно вступают в игру», — сказал Грасси.

Действительно, компьютерные модели показали, что может быть решение проблемы инжекции электронов. Турбулентных электромагнитных полей внутри ударной волны появляются, чтобы иметь возможность повысить скорость электрона до точки, где частицы могут вырваться на ударную волну и снова вернуться, чтобы получить еще больше скорости, сказал Это. По сути, механизм, который получает частиц проходит достаточно быстро, чтобы пересечь ударная волна, кажется, довольно похоже на то, что происходит, когда ударная волна становится частиц до астрономических скоростей, просто в меньших масштабах.

В будущее

Однако вопросы остаются, и в дальнейших экспериментах исследователям сделать детальные измерения рентгеновского излучения, испускаемого электронами в момент, когда они ускоряются, чтобы выяснить, какой энергии электронов изменяются с расстоянием от ударной волны. Что, сказал, что это продолжит сдерживать их компьютерное моделирование и помочь им разработать еще более совершенные модели. И, пожалуй, наиболее существенно, они будут также смотреть на протоны, не электроны, выстрелил ударной волной, данные, которые команда надеется, прольет свет на внутреннее устройство этих астрофизических ускорителей частиц.

В целом, полученные результаты могут помочь исследователям выйти за пределы астрономических наблюдений и космических аппаратов на основе наблюдений за гораздо укротитель потрясений в нашей Солнечной системе. «Эта работа открывает новые пути для изучения физики потрясений сверхновой в лаборатории,» говорит Это.

сделать разницу: спонсорские возможности