شبیه‌سازی لیزری شرایط خشن درون ستارگان

یک تیم تحقیقاتی از موسسه HZDR آلمان با همکاری دانشمندانی از موسسه XFEL اروپا با موفقیت شرایط خشن موجود درون ستارگان را با استفاده از لیزری بسیار کوچک‌تر از آنچه قبلاً استفاده می‌شد، بازسازی و مشاهده کردند.

محور اصلی این پیشرفت، یک سیم مسی است که نازک‌تر از یک تار موی انسان است و نقش مهمی در این فناوری جدید ایفا می‌کند.

دکتر آلخاندرو لاسو گارسیا(Alejandro Laso Garcia) نویسنده اصلی این مقاله توضیح می‌دهد: این ترکیب لیزر پالس کوتاه و لیزر پرتو ایکس در جهان منحصر به فرد است و تنها به لطف کیفیت و حساسیت بالای پرتو ایکس بود که توانستیم یک اثر غیرمنتظره را مشاهده کنیم.

افزایش چگالی مس با لیزر

در یک مجموعه از اندازه‌گیری‌های دقیق، دانشمندان زمان بین پالس لیزر و پرتو ایکس را که از یک هدف عبور می‌کند، تغییر دادند. این کار به آنها اجازه داد تا یک فیلم دقیق پرتو ایکس از این فرآیند ایجاد کنند.

دکتر توما تونسیان(Toma Toncian) توضیح می‌دهد: ابتدا پالس لیزر با سیم تعامل می‌کند و یک موج ضربه موضعی ایجاد می‌کند که مانند یک انفجار از سیم عبور می‌کند و در نهایت آن را از بین می‌برد. اما قبل از آن، برخی از الکترون‌های پرانرژی که هنگام برخورد لیزر ایجاد می‌شوند، در امتداد سطح سیم حرکت می‌کنند.

وی افزود: برخورد لیزر، الکترون‌هایی با حرکت سریع تولید کرد که به سرعت سطح سیم مسی را گرم کردند و امواج ضربه‌ای تولید کردند. این امواج ضربه‌ای به سمت مرکز سیم همگرا شدند و برای مدت کوتاهی فشار و دمای بسیار بالایی ایجاد کردند.

توماس کاوان(Thomas Cowan) مدیر مؤسسه فیزیک تشعشعات HZDR و مبتکر کنسرسیوم HIBEF می‌گوید: شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای ما نشان می‌دهد که به فشار ۸۰۰ مگابار رسیده‌ایم. این معادل ۸۰۰ میلیون برابر فشار جو و ۲۰۰ برابر فشاری است که درون زمین وجود دارد.

اندازه‌گیری‌ها نشان داد که چگالی مس به طور موقت به ۸ یا ۹ برابر حالت عادی و سرد آن افزایش یافته است. ضمن اینکه دما به ۱۸۰ هزار و ۳۲ درجه فارنهایت معادل ۱۰۰ هزار درجه سانتیگراد که مقداری باورنکردنی و مشابه با شرایط موجود در تاج یک ستاره کوتوله سفید است، افزایش یافت.

فراتر از اخترفیزیک

روش جدید اندازه‌گیری توسعه یافته توسط این تیم نه تنها برای اخترفیزیک، بلکه برای پیشرفت در سایر زمینه‌های تحقیقاتی نیز نویدبخش است.

اولف زاستراو(Ulf Zastrau) از موسسه XFEL توضیح می‌دهد: آزمایش ما به روشی چشمگیر نشان می‌دهد که چگونه می‌توانیم چگالی‌ها و دماهای بسیار بالا را در طیف گسترده‌ای از مواد تولید کنیم.

این پیشرفت نشان‌دهنده یک گام رو به جلو برای تحقیقات همجوشی است، جایی که تیم‌ها و استارت‌آپ‌های متعددی در سطح جهانی در حال کار برای ایجاد نیروگاه‌های همجوشی با استفاده از لیزرهای با کارایی بالا هستند.

این مفهوم شامل فلاش‌های لیزری شدید است که از همه جهات به یک کپسول سوخت ساخته شده از هیدروژن منجمد برخورد می‌کند و آن را مشتعل می‌کنند تا انرژی بیشتری نسبت به آنچه در ابتدا وارد می‌شود، آزاد کند که نقطه عطفی اساسی برای آینده انرژی پایدار است.

توماس کوان در تشریح آزمایشات آتی می‌گوید: ما با روش جدید خود می‌توانیم با جزئیات مشاهده کنیم که وقتی کپسول با پالس‌های لیزر برخورد می‌کند، چه اتفاقی می‌افتد. ما انتظار داریم که این بتواند تاثیر زیادی بر تحقیقات پایه در این زمینه داشته باشد.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.