Lasers create table-top supernova

Laser poutres 60.000 milliards de fois plus puissant qu'un pointeur laser puissance ont été utilisées pour recréer les explosions de supernovae redimensionnées dans le laboratoire comme un moyen d'enquêter sur l'un des événements les plus énergétiques de l'Univers.

les explosions de supernovae, déclenchées lorsque le carburant à l'intérieur d'une étoile rallume ou son noyau s'effondre, lancer une onde de choc de détonation qui balaie quelques années lumière de l'étoile explose en quelques centaines d'années. Mais pas toutes ces explosions sont semblables et certains, comme Cassiopée A, spectacle énigmatique des formes irrégulières en noeuds et de rebondissements.

Pour étudier ce qui peut causer ces formes particulières d'une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l'Université d'Oxford (groupes de professeur Gregori et professeur Bell à la physique atomique et laser, et le professeur Schekochihin en physique théorique) a mis au point une méthode d'étude des explosions de supernovae dans le laboratoire au lieu de les observer dans l'espace.

«Il peut sembler surprenant qu'une expérience de laboratoire de table qui correspond à l'intérieur d'une chambre moyenne peut être utilisée pour étudier les objets astrophysiques qui sont des années-lumière, a déclaré le professeur Gianluca Gregori du Département de physique de l'Université d'Oxford, qui a dirigé l'étude publiée dans Nature La physique. «En réalité, les lois de la physique sont les mêmes partout, et les processus physiques peuvent être mis à l'échelle de l'un à l'autre de la même manière que les ondes dans un seau sont comparables aux vagues dans l'océan. Donc, nos expériences peuvent compléter les observations des événements tels que le Cassiopeia Une explosion supernova.

Le Cassiopée Une explosion supernova a été repéré il y a environ 300 ans dans la constellation de Cassiopée 11.000 années-lumière, sa lumière a pris ce temps pour nous rejoindre. Les images optiques de l'explosion des traits irréguliers 'noueux et des émissions de radio et intense de rayons X associés à ceux-ci sont révèlent. Alors que personne ne sait ce qui crée ces phénomènes une possibilité est que l'explosion traverse une région de l'espace qui est rempli avec des touffes ou des nuages ​​de gaz denses.

Pour recréer une explosion de supernova dans le laboratoire, l'équipe a utilisé l'installation stylo pointeur laser Vulcan à la science et au Royaume-Uni Rutherford Appleton Lab Technology Facilities Council. «Notre équipe a commencé en se concentrant trois faisceaux laser sur une cible de tige de carbone, pas beaucoup plus épais qu'une mèche de cheveux, dans une chambre remplie de gaz à faible densité, a déclaré Mme Jena Meinecke une étudiante diplômée de l'Université d'Oxford, qui a dirigé les efforts expérimentaux. L'énorme quantité de chaleur généré plus de quelques millions de degrés Celsius par le laser causé la tige d'exploser la création d'une explosion qui a étendu à travers le gaz de faible densité. Dans les expériences, les touffes de gaz denses ou des nuages ​​de gaz qui entourent explosion d'une étoile ont été simulés en introduisant une grille en plastique pour perturber le front de choc.

«L'expérience a démontré que le souffle de l'explosion passe à travers la grille, il devient irrégulier et turbulent, tout comme les images de Cassiopée, a déclaré le professeur Gregori. «Nous avons constaté que le champ magnétique est plus élevé avec la grille que sans elle. Comme les champs magnétiques plus élevés impliquent une génération plus efficace des photons de radio et de rayons X, ce résultat confirme que l'idée que les explosions de supernovae se dilatent en matière interstellaire uniformément répartie est pas toujours correcte et il est compatible avec les deux observations et des modèles numériques d'une onde de choc passant à travers un milieu 'clumpy' '.

«Les champs magnétiques sont omniprésents dans l'univers, dit Don Lamb, le Distinguished Service Professor Robert A. Millikan dans Astronomy & Astrophysics à l'Université de Chicago. «Nous sommes assez sûrs que les champs n'existaient au début, au Big Bang. Donc, il y a cette question fondamentale: comment ont des champs magnétiques se posent? Ces résultats sont importants parce qu'ils aident à reconstituer une histoire pour la création et le développement de champs magnétiques dans notre Univers, et de fournir la première preuve expérimentale que la turbulence amplifie les champs magnétiques dans le plasma interstellaire ténu.

L'avance a été rendue possible par la coopération extrêmement étroite entre les équipes qui effectuent les expériences et les simulations informatiques. «Les expérimentateurs savaient toutes les variables physiques à un moment donné. Ils savaient exactement la température, la densité, les vitesses, dit Petros Tzeferacos de l'Université de Chicago, un co-auteur de l'étude. «Cela nous permet de comparer le code contre quelque chose que nous pouvons voir. Cette analyse comparative - appelé validation - montre que les simulations peuvent reproduire les données expérimentales. Les simulations ont consommé 20 millions d'heures de traitement sur des supercalculateurs à l'Argonne National Laboratory, aux États-Unis.

Un rapport de la recherche, intitulé «amplification Turbulent des champs magnétiques en laboratoire des ondes de choc produits par laser 200mw pas cher", par l'équipe comprenant des chercheurs de l'Université d'Oxford, l'Université de Chicago, ETH Zurich, Université de Belfast de la Reine, la science et la technologie installations Conseil, l'Université de York, l'Université du Michigan, de l'Ecole Polytechnique, l'Université d'Osaka, l'Université d'Edimbourg, l'Université de Strathclyde et le Laboratoire national Lawrence Livermore est publié dans Nature Physics.

Le financement de cette recherche a été fourni par le Conseil européen de la recherche, des sciences du Royaume-Uni et Technology Facilities Council, et le Département américain de l'énergie à travers le Novel Computational Impact de l'innovation et sur l'expérience programme Théorie et.