Εκρηκτικό πείραμα δημιουργεί μίνι σουπερνόβα

Ακτίνες λέιζερ 60 δισεκατομμύρια φορές πιο ισχυρές από έναν δείκτη λέιζερ χρησιμοποιήθηκαν στην Οξφόρδη για τη δημιουργία ενός σουπερνόβα εργαστηρίου.

Οι εκρήξεις

Τα σουπερνόβα, ή υπερκαινοφανείς αστέρες, πυροδοτούνται όταν ο πυρήνας ενός γερασμένου άστρου καταρρέει κάτω από το ίδιο του το βάρος, ή όταν οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του βγουν εκτός ελέγχου. Το ωστικό κύμα που δημιουργούν οι εκρήξεις εξαπλώνεται στο Διάστημα και μέσα σε λίγες εκατοντάδες χρόνια καλύπτει απόσταση αρκετών ετών φωτός. Το κύμα συχνά δημιουργεί ομοιόμορφες σφαίρες γύρω από το νεκρό άστρο, αυτό όμως δεν συμβαίνει πάντα.

Η μελέτη

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης ήθελαν να μελετήσουν το Α της Κασσιόπης (Cas A), ένα υπόλειμμα υπερκαινοφανούς που παρουσιάζει ακανόνιστο σχήμα με κόμπους και παράξενες συστροφές, οι οποίες συνδέονται με ισχυρές εκπομπές ραδιοκυμάτων και ακτίνων Χ. Πώς άραγε απέκτησε αυτό το ακανόνιστο σχήμα το υπόλειμμα του υπερκαινοφανούς; Ίσως το ωστικό κύμα διαταράχτηκε από πυκνά σύννεφα αερίου που βρέθηκαν στο διάβα του, εικάζουν οι αστροφυσικοί.

Και, όπως φαίνεται, η θεωρία αυτή μπορεί να επιβεβαιωθεί από εργαστηριακά πειράματα, αντί από παρατηρήσεις με τηλεσκόπια. Η δημιουργία ενός τεχνητού σουπερνόβα υπό κλίμακα είναι εφικτή επειδή «οι νόμοι της φύσης είναι ίδιοι παντού, όπως τα κύματα μέσα σε έναν κουβά είναι συγκρίσιμα με τα κύματα στους ωκεανούς» λέει ο καθηγητής Φυσικής Τζιανλούκα Γκρέγκορι, επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Physics».

Τα πειράματα

Οι ερευνητές στόχευσαν τρεις ισχυρές δέσμες λέιζερ σε έναν στόχο από άνθρακα, λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα, ο οποίος είχε αναρτηθεί μέσα σε έναν θάλαμο με χαμηλή πυκνότητα του αερίου αργού.

Η τεράστια ποσότητα θερμότητας από τα λέιζερ ανέβασε απότομα τη θερμοκρασία σε εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και προκάλεσε την έκρηξη του στόχου και τη δημιουργία ενός ωστικού κύματος που διαδόθηκε στο αραιό αέριο. Σε μια προσπάθεια να προσομοιώσουν τις μάζες αερίου που μπορεί να διατάραξαν το σουπερνόβα του Α της Κασσιόπης, οι ερευνητές είχαν τοποθετήσει δίπλα στον στόχο ένα πλαστικό πλέγμα που διατάραξε το ωστικό κύμα.

«Το πείραμα έδειξε ότι, καθώς η έκρηξη περνά μέσα από το πλέγμα γίνεται ακανόνιστη και στροβιλώδης όπως στις εικόνες του Α της Κασσιόπης» αναφέρει ο καθηγητής Γκρέγκορι. Το πείραμα έδειξε επίσης ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιούργησε η έκρηξη ήταν ισχυρότερο με το πλέγμα παρά χωρίς, μια παρατήρηση που δείχνει να εξηγεί τις εκπομπές ραδιοκυμάτων και ακτίνων Χ από το Cas A.

«Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την ιδέα ότι οι εκρήξεις υπερκαινοφανών δεν εξαπλώνονται πάντα σε ομοιόμορφα κατανεμημένο διαστρικό μέσο. Βρίσκονται επίσης σε συμφωνία με παρατηρήσεις και υπολογιστικά μοντέλα ενός ωστικού κύματος που περνά από ένα «σβολιασμένο» μέσο» προσθέτει ο ερευνητής.

Εκτός όμως του ότι αποκάλυψε το μηχανισμό μέσω του οποίου σχηματίστηκε το υπόλειμμα της Cas A, το πείραμα βοήθησε στην επιβεβαίωση των μαθηματικών μοντέλων για τις εκρήξεις υπερκαινοφανών. Πράγματι, η προσομοίωση του πειράματος σε υπερυπολογιστές του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne στις ΗΠΑ, ένα εγχείρημα που χρειάστηκε 20 εκατομμύρια ώρες υπολογιστών, έδωσε τα ίδια αποτελέσματα με την πραγματική μίνι έκρηξη.