Физиците са намерили начин да симулират началото на бързите радиоизбухвания

Впечатление на художника от магнетар. (София Дагнело, NRAO/AUI/NSF)

Бързи радиоизбухвания са една от най-големите космически мистерии на нашето време. Те са изключително мощни, но изключително кратки експлозии на електромагнитно лъчение с дължини на радиовълните, освобождаващи за милисекунди толкова енергия, колкото 500 милиона слънца.

Години наред учените озадачаваха какво може да причинява тези кратки изблици, открити в галактики, отдалечени на милиони до милиарди светлинни години. Тогава, през април 2020 г.имаме наистина силна преднина: кратък, мощен проблясък на радиовълни от нещо вътре в Млечния път – магнетар.

Това предполага, че поне някои бързи радиоизбухвания се произвеждат от тези изключително магнетизирани мъртви звезди. Сега физиците са измислили начин да повторят в лаборатория това, което смятаме, че се случва в първите етапи на тези безумни експлозии, според теорията на квантовата електродинамика (QED).



„Нашата лабораторна симулация е малък аналог на магнетарна среда,“ казва физикът Кенан Ку от Принстънския университет. „Това ни позволява да анализираме QED двойки плазми.“

Магнетарът е вид мъртва звезда, наречена a неутронна звезда . Когато масивна звезда достигне края на живота си, тя издухва външния си материал и ядрото, което вече не се поддържа от външния натиск на ядрен синтез , се разпада под действието на собствената си гравитация, за да образува свръхплътен обект с мощно магнитно поле. Това е неутронната звезда.

Някои неутронни звезди имат още по-мощно магнитно поле. Това е магнетар. Не знаем как се стига дотук, но техните магнитни полета са някъде около 1000 пъти по-мощни от тези на нормална неутронна звезда и квадрилион пъти по-мощен от този на Земята.

Учените смятат, че бързите радиоизбухвания са резултат от напрежението между магнитното поле, толкова силно, че изкривява формата на магнетара, и вътрешното налягане на гравитацията.

Смята се също, че магнитното поле е отговорно за трансформирането на материята в пространството около магнетара в плазма, състояща се от материя- антиматерия двойки. Тези двойки се състоят от отрицателно зареден електрон и положително зареден позитрон и те са смяташе да играе роля в емисиите наредки бързи радиоизбухваниячеповторете.

Тази плазма се нарича двойна плазма и е много различна от повечето плазми във Вселената. Нормалната плазма се състои от електрони и по-тежки йони. Двойките материя-антиматерия в двойката плазма имат равни маси и спонтанно се образуват и унищожават една друга. Колективното поведение на двойните плазми е много различно от това на нормалните плазми.

Тъй като силата на включените магнитни полета е толкова екстремна, Ку и колегите му измислиха начин да създадат двойка плазми в лаборатория чрез други средства.

„Вместо да симулираме силно магнитно поле, ние използваме силен лазер,“ Какво обяснява .

„Той преобразува енергията в двойна плазма чрез така наречените QED каскади. След това двойката плазма измества лазерния импулс към по-висока честота. Вълнуващият резултат демонстрира перспективите за създаване и наблюдение на QED двойка плазма в лаборатории и дава възможност за експерименти за проверка на теориите за бързи радиоизбухвания.

Техниката включва генериране на високоскоростен електронен лъч, движещ се със скорост, близка до скоростта на светлината. Срещу този лъч се изстрелва умерено мощен лазер и полученият сблъсък създава двойна плазма.

Освен това забавя получената плазма. Това би могло да реши един от проблемите, открити с предишни експерименти за създаване на двойки плазми - наблюдение на тяхното колективно поведение.

„Смятаме, че знаем какви закони управляват тяхното колективно поведение. Но докато всъщност не произведем двойка плазма в лабораторията, която показва колективни явления, които можем да изследваме, не можем да бъдем абсолютно сигурни в това. казва физикът Нат Фиш от Принстънския университет.

„Проблемът е, че колективното поведение в двойни плазми е изключително трудно за наблюдение. По този начин основна стъпка за нас беше да мислим за това като за съвместен проблем за производство и наблюдение, като признаваме, че страхотен метод за наблюдение облекчава условията за това, което трябва да бъде произведено и на свой ред ни води до по-практично потребителско съоръжение.

Експериментът за наблюдение тепърва ще се провежда, но той предлага начин за провеждане на тези сонди, който не е бил възможен преди. Намалява необходимостта от изключително мощно оборудване, което може да е извън нашите технически възможности и бюджети.

Екипът в момента се подготвя да тества идеите си с поредица от експерименти в Националната ускорителна лаборатория SLAC. Те се надяват, че това ще им помогне да научат как магнетарите генерират двойка плазми, как тези двойки плазми могат да произведат бързи радио изблици и да идентифицират каквато и да е неизвестна досега физика може да е включена.

„В известен смисъл това, което правим тук, е началната точка на каскадата, която произвежда радиоизбухвания,“ казва физикът Себастиан Мюрен от Станфордския университет и SLAC.

„Ако можехме да наблюдаваме нещо като радиоизбухване в лабораторията, това би било изключително вълнуващо. Но първата част е просто да наблюдаваме разсейването на електронните лъчи и след като го направим, ще подобрим интензитета на лазера, за да стигнем до по-високи плътности, за да видим действително двойките електрон-позитрон. Идеята е нашият експеримент да се развие през следващите две години.

Така че може да отнеме малко повече време, докато получим нашите отговори за бързи радиоизбухвания. Но ако сме научили нещо през годините, то е, че разплитането на тази очарователна мистерия определено си заслужава чакането.

Документът на екипа е публикуван в Физика на плазмата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.