Laboratuar ölçeği deneyi, bilim insanlarının yıldızlararası ve galaktik ölçekte oluşan parçacıkları anlamalarına yardımcı olabilir.
Bir süpernovadan dışarı doğru fırlayan genişleyen madde kabarcığı gibi en geniş çaplı olayların çoğu, çarpışmayan şok denilen bir olguyu içerir. Bu etkileşimlerde, gaz veya plazma bulutları o kadar nadirdir ki, partiküllerin çoğu birbirini özlüyor, ancak yine de elektromanyetik olarak veya görünür şok dalgaları üretmek için başka şekillerde etkileşime giriyorlar. Bu yüksek enerjili olayların, şimdiye kadar astrofiziksel bir ortamda bulunanları yansıtan, fizikçiler arasında bu astrofizik olaylardaki çalışma mekanizmalarıyla ilgili anlaşmazlıklara yol açan laboratuvar koşullarında çoğaltılması zor olmuştur.
Şimdi, araştırmacılar, bu çarpışmayan şokların kritik koşullarını laboratuvarda yeniden üretmeyi başarmış ve bu dev kozmik parçalarda yer alan süreçlerin detaylı çalışmasını sağlamıştır. Yeni bulgular, MIT Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi Kıdemli Araştırma Bilimcisi Chikang Li, MIT’de beş kişi ve tüm dünyada 14 kişi tarafından yayınlanan bir makalede açıklanmakta.
Neredeyse evrendeki tüm görünür maddeler, plazma şeklindedir; negatif yüklü elektronların, atomlar halinde birbirlerine bağlanmak yerine, pozitif yüklü iyonlarla birlikte serbestçe yüzdüğü bir tür atom altı parçacık çorbasıdır. Güneş, yıldızlar ve yıldızlar arası bulutların çoğu plazmadan oluşur.
Bu yıldızlararası bulutların çoğu son derece zayıftır, öyle düşük yoğunlukludur ki, bir bulut saniyede 1.000 kilometreden daha hızlı olabilen aşırı hızlarda bir bulutun diğerine çarpması durumunda bile nadiren kurucu parçacıkları arasındaki çarpışmalar nadirdir. Bununla birlikte, sonuç şaşırtıcı derecede parlak bir şok dalgası olabilir, bazen uzun takip eden filamentler de dahil olmak üzere pek çok yapısal detay gösterir.
Gökbilimciler, fiziksel parametrelerin “sıçramasına” neden olan bu şok sınırlarında birçok değişikliğin gerçekleştiğini keşfetti. Ancak, çarpışmayan şoklarda gerçekleşen mekanizmaların deşifre edilmesi zordu, çünkü son derece yüksek hızların ve düşük yoğunlukların kombinasyonunun Dünya üzerinde eşleşmesi zordu.
Çarpışmayan şoklar daha önce tahmin edilmekle birlikte, ilk olarak 1960’larda doğrudan tanımlanan ilk, güneşin rüzgarından oluşan yay şokuydu, Dünya’nın manyetik alanına çarptığında, güneşten yayılan tenli bir parçacık akışı. Yakında, bu tür birçok şok yıldızlararası uzayda astronomlar tarafından kabul edildi. Ancak o zamandan bu yana, süreçlerin nasıl çalıştığını anlamak için “çok fazla simülasyon ve teorik modelleme yapıldı, ancak deney eksikliği vardı” diyor Li.
Li ve meslektaşları, Rochester Üniversitesi’ndeki OMEGA lazer tesisinde altı güçlü lazer ışını seti kullanarak düşük yoğunluklu bir plazma jeti üreterek ve onu ince bir hedef alarak laboratuvardaki fenomeni taklit etmenin bir yolunu buldular. düşük yoğunluklu hidrojen gazı ile doldurulmuş duvarlı poliimid plastik torba. Sonuçlar, derin uzayda gözlemlenen ayrıntılı dengesizliklerin çoğunu çoğalttı, böylece koşulların bu zor olayların detaylı ve yakından incelenmesine olanak sağlayacak kadar yakından eşleştiğini doğruladı. Li, plazma partiküllerinin ortalama serbest yolu olarak adlandırılan bir miktarın, şok dalgalarının genişliğinden çok daha büyük olduğu ölçüldüğünü söylüyor;
Laboratuar tarafından üretilen çarpışmayan şokun sınırında, plazmanın yoğunluğu çarpıcı şekilde yükseldi. Ekip, şok cephesinin hem yukarı hem de aşağı tarafları üzerindeki ayrıntılı etkileri ölçerek, fizikçilerin yıllarca harcadıkları bir şey olarak, iki bulut arasında enerji aktarımında rol oynayan mekanizmaları ayırt etmeye başlamalarını sağladı. . Sonuçlar, Fermi mekanizması adı verilen bir şeye dayanan bir dizi tahminle tutarlı olduğunu söylüyor, ancak önerilen diğer bazı mekanizmaları kesin olarak dışlamak için daha fazla deney yapılması gerekecek.
Li, “İlk defa, çarpışmayan şokun önemli bölümlerinin yapısını doğrudan ölçebildik” diyor. “İnsanlar yıllardır bunu takip ediyorlar”
Araştırma aynı zamanda, şok sınırından geçen parçacıklara ne kadar enerji aktarıldığını gösterdi, bu onları ışık hızının önemli bir kesimi olan hızlara iterek kozmik ışınlar olarak adlandırıyor. Bu mekanizmanın daha iyi anlaşılması “bu deneyin amacıydı ve ölçtüğümüz şey bu” dedi Li, şok tarafından hızlandırılan elektronların enerjilerinin tam bir spektrumunu yakaladıklarını belirtti.
West Virginia Üniversitesi fizik profesörü ve Omega başkanı Mark Koepke, “Bu rapor, 2015’ten beri yıllık olarak rapor edilen ve uzay gözlemleriyle karşılaştırmak için gerçek bir astrofiziksel şok dalgasını taklit etmek için rapor edilen dönüşümlü bir dizi deneyde en son bölümdür” diyor. Çalışmaya dahil olmayan Lazer Tesisi Kullanıcı Grubu. “Bilgisayar simülasyonları, uzay gözlemleri ve bu deneyler, gama ışını patlaması kaynaklı göreceli plazmanın gazı ışınıyla indüklenen çıkışları gibi yüksek enerji yoğunluğundaki kozmik olaylarda oyundaki parçacık hızlandırma mekanizmalarını anlamamızı sağlayan fizik yorumlarını pekiştiriyor.”
