196 лазеров помогают ученым воссоздать состояние

Галактики редко живут поодиночке. Вместо этого от десятков до тысяч удерживаются вместе гравитацией, образуя огромные скопления самых больших объектов во Вселенной.

«Скопления галактик — одни из самых впечатляющих вещей во Вселенной», — сказал почетный профессор Дон Лэмб, астрофизик из Чикагского университета и соавтор новой статьи, опубликованной 9 марта. десятилетия безвестности.

Ученым давно известно, что газообразный водород в скоплениях галактик слишком горячий — около 10 миллионов градусов по Кельвину, или примерно такая же температура, как в центре Солнца, — и слишком горячий для существования атомов водорода. Вместо этого газ представляет собой плазму, состоящую из протонов и электронов.

Но загадка остается: нет прямого объяснения, почему и как газ остается таким горячим. Согласно естественным законам физики, она должна была остыть за время существования Вселенной. Но она этого не сделала.

Проблема для любого, кто пытается решить эту загадку, заключается в том, что вы не можете точно создать такие горячие и сильные магнитные условия у себя на заднем дворе.

Однако сейчас на Земле есть только одно место, где вы можете это сделать: самая активная в мире лазерная установка. Национальная установка зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса способна создать такие экстремальные условия, хотя и всего на долю секунды при размере десятицентовой монеты.

Ученые из Калифорнийского университета в Чикаго, Оксфордского университета и Университета Рочестера работали вместе, чтобы использовать Национальную установку зажигания, расположенную в Ливерморе, Калифорния, для создания условий, подобных горячему газу в гигантских галактических скоплениях. «Эксперименты, проведенные в NIF, буквально неземные», — сказала Йена Майнеке, которая была первым автором статьи.

Ученые сфокусировали 196 лазеров на одной небольшой цели, создав горячую белую плазму с интенсивными магнитными полями, существующими в течение нескольких миллиардных долей секунды.

Этого было достаточно, чтобы они определили, что вместо однородной температуры в плазме есть горячие и холодные точки.

Это согласуется с одной из предложенных теорий о том, как тепло удерживается внутри скоплений галактик. Обычно тепло легко распределяется, когда электроны сталкиваются друг с другом. Но запутанные магнитные поля внутри плазмы могут воздействовать на эти электроны, заставляя их вращаться вдоль направления магнитных полей, не давая им распределяться и распределять свою энергию равномерно.

Фактически, они увидели в эксперименте, что подача энергии подавлялась более чем в 100 раз.

«Это очень захватывающий результат, потому что мы смогли показать, что то, что предложили астрофизики, находится на правильном пути», — сказал Лэмб, заслуженный профессор астрономии и астрофизики Роберта А. Милликена.

«Это действительно потрясающий результат», — добавил соавтор исследования из Университета Рочестера. Профессор Петрос Северакос, который руководил компьютерным моделированием сложного эксперимента. «Моделирование было ключом к распутыванию физики турбулентной намагниченной плазмы, но уровень торможения теплопередачи оказался выше, чем мы ожидали».

Моделирование проводилось с использованием компьютерного кода под названием FLASH Codes, который был разработан в Чикагском университете и в настоящее время размещен в Университете Рочестера. Флэш-центр вычислительных наукво главе с Цеферакосом. Код позволяет ученым детально моделировать свои эксперименты с лазерами, прежде чем они будут выполнены, чтобы они могли достичь желаемых результатов.

Это очень важно, потому что ученые получают только несколько драгоценных снимков на объекте — если что-то пойдет не так, повтора не будет. А поскольку условия эксперимента длятся всего наносекунду, ученые должны убедиться, что они проводят необходимые измерения точно в нужное время. Это означает, что все должно быть тщательно спланировано на самом раннем этапе.

«Это вызов, когда вы находитесь в самом конце того, что вы можете сделать, но именно здесь есть пределы», — сказал Лэмб.

Однако остается еще больше вопросов о физике скоплений галактик. Хотя горячие и холодные точки являются убедительным свидетельством влияния магнитных полей на охлаждение горячего газа в скоплениях галактик, необходимы дополнительные эксперименты, чтобы точно понять, что происходит. Группа планирует следующий раунд испытаний в NIF в конце этого года.

Однако сейчас они счастливы пролить свет на то, почему газ в скоплениях галактик остается горячим даже спустя миллиарды лет.

Галактики редко живут поодиночке. Вместо этого от десятков до тысяч удерживаются вместе гравитацией, образуя огромные скопления самых больших объектов во Вселенной.

«Скопления галактик — одни из самых впечатляющих вещей во Вселенной», — сказал почетный профессор Дон Лэмб, астрофизик из Чикагского университета и соавтор новой статьи, опубликованной 9 марта. десятилетия безвестности.

Ученым давно известно, что газообразный водород в скоплениях галактик слишком горячий — около 10 миллионов градусов по Кельвину, или примерно такая же температура, как в центре Солнца, — и слишком горячий для существования атомов водорода. Вместо этого газ представляет собой плазму, состоящую из протонов и электронов.

Но загадка остается: нет прямого объяснения, почему и как газ остается таким горячим. Согласно естественным законам физики, она должна была остыть за время существования Вселенной. Но она этого не сделала.

Проблема для любого, кто пытается решить эту загадку, заключается в том, что вы не можете точно создать такие горячие и сильные магнитные условия у себя на заднем дворе.

Однако сейчас на Земле есть только одно место, где вы можете это сделать: самая активная в мире лазерная установка. Национальная установка зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса способна создать такие экстремальные условия, хотя и всего на долю секунды при размере десятицентовой монеты.

Ученые из Калифорнийского университета в Чикаго, Оксфордского университета и Университета Рочестера работали вместе, чтобы использовать Национальную установку зажигания, расположенную в Ливерморе, Калифорния, для создания условий, подобных горячему газу в гигантских галактических скоплениях. «Эксперименты, проведенные в NIF, буквально неземные», — сказала Йена Майнеке, которая была первым автором статьи.

Ученые сфокусировали 196 лазеров на одной небольшой цели, создав горячую белую плазму с интенсивными магнитными полями, существующими в течение нескольких миллиардных долей секунды.

Этого было достаточно, чтобы они определили, что вместо однородной температуры в плазме есть горячие и холодные точки.

Это согласуется с одной из предложенных теорий о том, как тепло удерживается внутри скоплений галактик. Обычно тепло легко распределяется, когда электроны сталкиваются друг с другом. Но запутанные магнитные поля внутри плазмы могут воздействовать на эти электроны, заставляя их вращаться вдоль направления магнитных полей, не давая им распределяться и распределять свою энергию равномерно.

Фактически, они увидели в эксперименте, что подача энергии подавлялась более чем в 100 раз.

«Это очень захватывающий результат, потому что мы смогли показать, что то, что предложили астрофизики, находится на правильном пути», — сказал Лэмб, заслуженный профессор астрономии и астрофизики Роберта А. Милликена.

«Это действительно потрясающий результат», — добавил соавтор исследования из Университета Рочестера. Профессор Петрос Северакос, который руководил компьютерным моделированием сложного эксперимента. «Моделирование было ключом к распутыванию физики турбулентной намагниченной плазмы, но уровень торможения теплопередачи оказался выше, чем мы ожидали».

Моделирование проводилось с использованием компьютерного кода под названием FLASH Codes, который был разработан в Чикагском университете и в настоящее время размещен в Университете Рочестера. Флэш-центр вычислительных наукво главе с Цеферакосом. Код позволяет ученым детально моделировать свои эксперименты с лазерами, прежде чем они будут выполнены, чтобы они могли достичь желаемых результатов.

Это очень важно, потому что ученые получают только несколько драгоценных снимков на объекте — если что-то пойдет не так, повтора не будет. А поскольку условия эксперимента длятся всего наносекунду, ученые должны убедиться, что они проводят необходимые измерения точно в нужное время. Это означает, что все должно быть тщательно спланировано на самом раннем этапе.

«Это вызов, когда вы находитесь в самом конце того, что вы можете сделать, но именно здесь есть пределы», — сказал Лэмб.

Однако остается еще больше вопросов о физике скоплений галактик. Хотя горячие и холодные точки являются убедительным свидетельством влияния магнитных полей на охлаждение горячего газа в скоплениях галактик, необходимы дополнительные эксперименты, чтобы точно понять, что происходит. Группа планирует следующий раунд испытаний в NIF в конце этого года.

Однако сейчас они счастливы пролить свет на то, почему газ в скоплениях галактик остается горячим даже спустя миллиарды лет.

«Это напоминание о том, что Вселенная полна удивительных вещей», — сказал Лэмб.

Он был главным исследователем эксперимента. Профессор Джанлука Грегори От Оксфордский университет. В состав команды также входил Оксфорд. Профессор Александр ШикучинПринстон Арчи боти Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса Джеймс Стивен Росс.