Сверхновые звезды – это прекрасный в своей мощи катаклизм, уже который год будоражащий умы ученых. И поэтому множество физиков хотят разобраться в механизме взрыва звезды. Несмотря на то, что в окрестностях Солнечной системы сверхновые не взрывались (большое спасибо за это всем богам сразу, Человечество было бы уничтожено), некоторые аспекты взрыва ученым достоверно известны. Например, когда звезды взрываются как сверхновые, они создают в окружающей их плазме настолько мощные ударные волны, что они работают как ускорители частиц. В результате практически со скоростью света во Вселенную выбрасываются потоки частиц, известные как космические лучи, а сам остаток звезды после взрыва выглядит как расплывающаяся с большой скоростью туманность.
Однако, сам механизм ускорения частиц до конца неизвестен, и именно его попытались воспроизвести в эксперименте сотрудники Центра Стэнфордского линейного ускорителя (SLAC).
Сам по себе процесс распространения ударной волны понятен и имеет прямой аналог в обычной жизни, когда сверхзвуковой самолет создает в полете ударные волны. Но в случае сверхновых есть существенные отличия, в частности, попутное формирование потоков сверхбыстрых частиц – космических лучей. По современным представлениям космические лучи образуются внутри ударной волны, которая подхватывает и ускоряет почти до скорости света заряженные частицы с помощью электромагнитных полей, возникающих в разлетающейся материи звезды. Однако в таком хорошем объяснение есть один тонкий и непонятный момент – чтобы ускориться до таких скоростей у частиц должна быть высокая начальная скорость, которой вроде бы неоткуда взяться.
Прояснить этот момент можно было бы прямыми наблюдениями, но это невозможно – все сверхновые расположены слишком далеко от нас. И поэтому ученые сымитировали ударную волну. Для этого они воспользовались оборудованием Национального комплекса лазерных термоядерных реакций в Ливерморской лаборатории, где выстрелили одними из самых мощных лазеров в мире в пару углеродных пластин, создав встречные плазменные потоки. Когда потоки столкнулись, возникла ударная волна, аналогичная той, что образуется в сверхновых.
В результате ученым удалось впрямую наблюдать процесс ускорения частиц до скоростей света в ударной волне. А собранные экспериментальные данные позволили построить компьютерную модель процесса, что окончательно прояснила все детали. Оказалось, что турбулентные электромагнитные поля внутри ударной волны могут разогнать электроны настолько, что они могут покинуть волну. При этом далее они могут, потеряв энергию, вернуться обратно и разогнаться еще сильнее. Именно такой эффект и обеспечивает необходимую высокую начальную скорость частиц, участвующих в формировании космических лучей.
Пока что ученые ограничивались в эксперименте вопросом ускорения электронов. Поэтому следующий шаг очевиден – исследователям предстоит прояснить механизмы ускорения остальных частиц, наблюдаемых в космических лучах.
В целом, несмотря на очень интересные результаты исследований, больше впечатляет сам подход, когда в лаборатории моделируются астрофизические процессы. Если удастся ставить такие эксперименты систематически, то развитие астрофизики пойдет семимильными шагами.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
