Deslușirea originii misterioaselor explozii radio, un proces bizar care are loc în întregul Univers

Cercetătorii au simulat și au prezentat un experiment pentru a produce și a studia fazele timpurii ale unui proces care are loc în întregul Univers.

Misterioasele explozii radio rapide se numără printre cele mai deconcertante fenomene, eliberând într-o secundă o cantitate de energie egală cu cea pe care o produce Soarele într-un an.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Cercetătorii de la Universitatea Princeton, de la Laboratorul de Fizică a Plasmei din Princeton (PPPL) al Departamentului de Energie al SUA (DOE) și de la Laboratorul Național de Accelerare SLAC au simulat și au propus acum un experiment rentabil pentru a produce și a observa etapele timpurii ale acestui proces într-un mod considerat anterior ca fiind imposibil cu tehnologia actuală.

Corpurile celeste, cum ar fi stelele neutronice, sau stelele prăbușite, închise în câmpuri magnetice puternice, sunt responsabile pentru exploziile remarcabile din spațiu.

Indicii despre misterioasele explozii radio rapide din Univers

Conform teoriei electrodinamicii cuantice, aceste câmpuri sunt atât de intense încât transformă vidul din spațiu într-o plasmă exotică alcătuită din materie și antimaterie sub forma unor perechi de electroni încărcați negativ și pozitroni încărcați pozitiv QED. Se crede că emisiile acestor perechi sunt responsabile pentru puternicele explozii radio rapide.

Plasma materie-antimaterie, numită „plasmă de perechi”, contrastează cu plasma obișnuită care alimentează reacțiile de fuziune și care constituie 99% din Universul vizibil. Această plasmă este alcătuită doar din materie sub formă de electroni și nuclee atomice cu masă mult mai mare, sau ioni. Plasmele de electroni și pozitroni sunt alcătuite din particule cu masă egală, dar cu sarcini opuse, care sunt supuse anihilării și creării. Astfel de plasme pot prezenta un comportament colectiv destul de diferit.

„Simularea noastră este un analog la scară mică a unui mediu magnetar”, a declarat fizicianul Kenan Qu de la Departamentul de Științe Astrofizice din Princeton. „Acest lucru ne permite să analizăm plasmele cu perechi”, a spus Qu, primul autor al unui studiu recent prezentat în Physics of Plasmas.

Corpurile celeste, responsabile pentru exploziile remarcabile din spațiu

„În loc să simulăm un câmp magnetic puternic, folosim un laser puternic”, a spus Qu. „Acesta convertește energia în plasmă de perechi prin ceea ce se numește cascade QED. Plasma pereche deplasează apoi pulsul laser la o frecvență mai mare”, a spus el, potrivit SciTechDaily.

Au mai fost create anterior plasme produse în laborator, a remarcat fizicianul Nat Fisch, profesor de științe astrofizice la Universitatea Princeton. „Credem că știm ce legi guvernează comportamentul lor colectiv”, a spus Fisch. „Dar până când nu vom produce efectiv o plasmă pereche în laborator care prezintă fenomene colective pe care le putem sonda, nu putem fi absolut siguri de acest lucru.

„Problema este că acest comportament în plasmele pereche este, în mod notoriu, greu de observat”, a adăugat el. Simularea unică pe care o propune lucrarea creează plasmă de perechi QED de mare densitate prin coliziunea laserului cu un fascicul dens de electroni care se deplasează cu o viteză apropiată de cea a luminii.

Această abordare este eficientă din punct de vedere al costurilor în comparație cu metoda propusă în mod obișnuit de a ciocni laserele ultraputernice pentru a produce cascadele QED. De asemenea, abordarea încetinește mișcarea particulelor de plasmă, permițând astfel efecte colective mai puternice.

O cantitate de energie egală cu cea pe care o produce Soarele într-un an

„În prezent, niciun laser nu este suficient de puternic pentru a realiza acest lucru, iar construirea lor ar putea costa miliarde de dolari”, a declarat Qu. „Abordarea noastră susține cu tărie utilizarea unui accelerator de fascicule de electroni și a unui laser moderat de puternic pentru a obține plasma de perechi QED. Implicația studiului nostru este că susținerea acestei abordări ar putea economisi o mulțime de bani.”

În prezent, sunt în curs de desfășurare pregătirile pentru testarea simulării cu o nouă rundă de experimente cu laser și electroni. „Într-un anumit sens, ceea ce facem aici este punctul de plecare al cascadei care produce exploziile radio„, a declarat Sebastian Meuren, cercetător la SLAC și fost cercetător postdoctoral la Universitatea Princeton, care este co-autor al lucrării.

Obiectivul general al acestei cercetări este înțelegerea modului în care corpuri precum magnetarii creează plasma de perechi.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Astronomii au descoperit explozii misterioase de unde radio care se repetă în spațiul extraterestru

O structură radio necunoscută a fost detectată în jurul celui mai strălucitor quasar din Univers

Cercetătorii britanici construiesc „creierul” care va controla cel mai mare radiotelescop din lume

Astronomii au combinat, în premieră, puterea a 64 de radiotelescoape pentru a observa structura Universului