Pomocou laserov k pochopeniu supernov - časť 3/3
Valentín Korinek - 2021-01-08

Počitačová simulácia rázovej vlny. (F. Fiuza / SLAC National Accelerator Laboratory)

Keď vedci zbadali magnetické polia, ďalším krokom bolo vytvorenie rázovej vlny a pozorovanie jej zrýchľujúcich častíc. No napriek snahe sa vedcom rázová vlna nepodarila vytvoriť. Bol potrebný väčší laser.


...prvú časť nájdete v článku Pomocou laserov k pochopeniu supernov - časť 2/3...



V experimente v NIF vedci zamerali lasery na dva ciele. Vynorili sa dva prúdy plazmy, ktoré produkovali rázové vlny (stred ilustrácie), kde sa plazmové prúdy stretli. Zasahovali dva terče v tvare disku, každý s 84 laserovými lúčmi, čo predstavuje takmer pol milióna joulov energie. Je to zhruba rovnaká energia ako kinetická energia automobilu pohybujúceho sa rýchlosťou 120km/h. ( F. Fiuza a kol. / Nature Physics 2020)


Získanie výsledkov vyvolalo nadšenie, pretože to bol jeden z prvých experimentálnych dôkazov o vzniku týchto nárazov bez kolízie. Je to niečo, čo sa v laboratóriu naozaj ťažko reprodukuje.


Zistilo sa tiež, že elektróny boli urýchľované rázovými vlnami a dosiahli energiu viac ako stokrát vyššiu ako energia častíc v okolitej plazme. Vedci po prvý raz pozorovali častice, ktoré sa viezli po nárazových vlnách, aké sa našli v pozostatkoch supernov. Stále však nie je jasné, ako to funguje.


Vo zvyšku supernovy a v experimente sa malé množstvo častíc urýchli, keď prechádzajú cez rázovú vlnu a opakovane sa pohybujú tam a späť, čím vytvárajú energiu, no na prekonanie rázovej vlny potrebujú elektróny na začiatok určite množstvo energie. Je to obdobné ako so surfistom na morskej vlne. Musí si počkať na vysokú vlnu, pokiaľ chce dosiahnuť určitú rýchlosť a energiu, alebo si pomôže vodným skútrom, ktorý ho bude ťahať a požadovanú rýchlosť a energiu dosiahne aj bez vysokej vlny. Obdobne to funguje aj pri rázovej vlne po explózii, kde sa elektróny tiež takto nesú na vlne.



Počítačová simulácia rázovej vlny (štruktúra zobrazená modrou farbou) ilustruje, ako elektróny získavajú energiu (červené stopy nesú vyššiu energiu, žlté a zelené zasa nižšiu). F. Fiuza / SLAC National Accelerator Laboratory



Vedci sa snažia pochopiť, čo je pre elektróny tým “vodným skútrom“. Čo sa stane v prostredí rázovej vlny a čo umožňuje týmto elektrónom získať dostatočnú energiu, aby sa na tejto rázovej vlne mohli zviesť a dosiahnuť vysoké rýchlosti. Počítačové simulácie naznačovali, že rázová vlna má prechodovú oblasť, v ktorej sa magnetické polia stávajú turbulentnými a chaotickými. “Vodným skútrom“ pre elektróny je teda turbulentné pole. Niektoré častice sa v ňom rozptýlia a dodajú im dostatok energie na prekonanie rázovej vlny.


No a na záver si môžeme zrekapitulovať, že fyzika supernov, ktorú vedci skúmajú v laboratóriách za pomoci laserov, nám môže pomôcť aj pri vývoji tzv. fúznych elektrární, ktoré by mohli poskytovať energiu bez emitovania skleníkových plynov alebo nebezpečného jadrového odpadu. Zatiaľ však vedci musia z fúzie vyťažiť viac energie, ako do nej vložili - čo je nevyhnutnosť pre praktickú výrobu takejto energie.