На этом изображении компьютерное моделирование показывает турбулентную структуру магнитного поля в двух ударных волнах, удаляющихся друг от друга. Фото: Frederico Fiuza/SLAC National Accelerator Laboratory
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 так далеко, их трудно изучать», - говорится в заявлении Фредерико Фьюзы, старшего научного сотрудника Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики, которая возглавляла новое исследование.
Итак, чтобы лучше изучить эти космические ударные волны, ученые привезли их на Землю. Ну, 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 Фьюза в заявлении.
Фьюза и его коллеги работали над созданием быстрой диффузной ударной волны, которая могла бы имитировать удары, которые следуют за сверхновой. Ученые работали в Национальном институте зажигания, в Департаменте энергетики в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии. На этом объекте исследователи стреляли мощными лазерами в углеродные листы, чтобы создать два потока плазмы, 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 оптические, так и рентгеновские технологии.
Выпущенное Чандрой изображение остатка сверхновой Тихо Браге раскрывает динамику звездного взрыва, который произвел этот объект в ярких деталях. Изображение выпущено 22 июля 2014 года. (Изображение предоставлено NASA / CXC / SAO)
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 об астрофизических наблюдениях, и именно здесь моделирование действительно вступают в игру», - сказала Анна Грасси, соавтор нового исследования.
Теперь, 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.
Фиуза, Грасси и их коллеги продолжат исследовать рентгеновские лучи, испускаемые ускоренными электронами, и оттачивают компьютерное моделирование. Другие будущие исследования будут изучать положительно заряженные протоны, в дополнение к электронам, изученным в этой работе, разрушенным ударной волной.