Космически взрив инвитро

Физиците се научиха да създават микросвръхнови в лаборатория с помощта на лазер.

Процесът на взривове на свръхнови вече може да се изучава на Земята. Британските физици са приспособили един от най-мощните лазери в света в лабораторията Резерфорд за създаване на миниатюрни подобия на свръхнови.

Схемата на „генератора на свръхнови“ и резултатите от наблюденията на техните взривове в лаборатория са публикувани в сп. Nature Physics.

„Законите на физиката са еднакви за всички точки на Вселената, което позволява да се намалят много „космически“ феномени до удобни за нас размери. Например вълните във ведро с вода с нищо не се отличават по свойства от девет бала в океана. По тази причина нашите експерименти може да се използват за изучаване на свръхнови в същата степен, както и астрономичните наблюдения“, пояснява Джанлука Грегъри от Оксфордския университет.

Той и колегите му успели да създадат „джобен аналог на свръхновата Касиопея A, взривила се в съзвездие Касиопея преди около 300 години, експериментирайки с един от най-мощните и „скорострелни“ лазери във Великобритания – Vulcan, способен да генерира серия от свръхскоростни импулси с петаватова мощност.

Авторите на статията се интересували от тази свръхнова, тъй като от момента на нейното откриване през 1980 година астрономите така и не могли да обяснят съществуването на необичайни „възелчета“ във възникналите на нейното място мъглявини, видни в оптичния и рентгеновия диапазон.

Във всички други отношения Касиопея A е обичайна свръхнова от тип IIb, възникнала в резултат на гравитационен колапс на „раздута“ престаряла звезда.

Физиците забелязали, че мощността и точността на Vulcan са достатъчни за нагряване и свиване на малки фрагменти материя до температура и налягане, подобни на тези, които господстват в звездата преди нейната смърт. Ръководейки се от тази идея, учените се опитали да пресъздадат свръхнова в лаборатория с помощта на лъчите на Vulcan.

Процесът по създаване на „джобна“ свръхнова е доста сложен, тъй като „звездата“ трябва равномерно да се свие от всички страни, като се спазва специален температурен режим и налягане на „междузвездната среда“, в чиято роля влязъл разреден облак газ.

За определяне на всички тези параметри се наложило учените да създадат компютърен модел на свръхнова, за работа с който отишли повече от милиони часове работа на суперкомпютъра в Арагонската национална лаборатория в САЩ.

След като изчислили всички необходими свойства на свръхновата, физиците пристъпили към „разпалването“ ѝ. За тази цел те взели въглеродна нишка с дебелина на човешки косъм и я поставили в камерата, където се намирали трите излъчвателя на Vulcan.

На лазера му били достатъчни само 0,3 микросекунди, за да превърне нишката в подобие на свръхнова. За това време материята на „звездата“ успяла да се свие, да се нагрее до свръхвисоки температури, да се взриви и да се превърне в мъглявина.

© Central Laser Facility

Първите версии на лабораторните свръхнови не приличали много на начина, по който днес изглежда Касиопея А. Това накарало учените да смятат, че нещо е попречило на разпространението на ударната вълна и газовете от свръхновата.

Най-вероятен кандидат за ролята на такива препятствия са „залци“ междузвезден газ, разположени недалеч от умиращата звезда. Екипът на Грегъри заменил тези газови образувания с платстмасова мрежа, която заобикаляла въглеродната „звезда“ и пречела на нейните останки да се разпространяват по камерата, играеща ролята на Космос.

„Когато ударната вълна и газовият поток преминаваха през решетката, те ставаха изключително нееднородни и турбулентни, което направи нашата микросвръхнова неотличима от Касиопея А в реалността. Освен това открихме, че магнитното поле в останките на свръхновата беше много по-силно по време на експериментите с мрежата, отколкото по време на експериментите без нея. Това откритие говори, че свръхновите невинаги напомнят идеална топка, разширяваща се във всички посоки“, отбелязва Грегъри.

По оценки на учените техният „генератор на свръхнови“ може да се използва и за изучаване на други типове взривове, възникващи при смърт на престарели звезди и при сливането на бели джуджета или неутронни звезди.

Според тях подобни експерименти ще помогнат да се разбере как са се формирали и разпространявали по Вселената атомите на тежките елементи и гигантските „безродни“ магнитни полета, изпълващи Млечния път и други галактики.