6 апреля 2022

На термоядерной установке NIF смоделированы условия внутри галактических скоплений

Галактики в космосе обычно не являются одиночными объектами. Несколько галактик, взаимодействующих гравитационно, могут образовывать скопления. Эти скопления могут взаимодействовать друг с другом, образуя суперкластеры. Наша галактика является частью группы галактик, называемой Местной группой. Эта Местная группа является частью суперкластера Девы, который, в свою очередь, является частью группы суперкластеров, называемой суперкластером Ланиакеа.

Во всех этих галактиках много тепла, с чрезвычайно высокой температурой, сравнимой с температурой ядра нашего Солнца, около 10 миллионов Кельвинов. Эта температура настолько высока, что атомы водорода не могут существовать, и вместо газа образуется плазма из протонов и электронов. Однако это проблема для физиков, которые утверждают, что плазма не должна быть такой горячей.

Как сказал Джанлука Грегори, профессор физики Оксфордского университета и один из авторов новой работы, в которой подробно описывается эксперимент по воссозданию условий внутри скопления галактик:

"Причина, по которой газ внутри скопления галактик должен был остыть, заключается в том, что скопление существует уже очень долгое время (время, сравнимое с возрастом Вселенной). Поэтому, если предположить, что теплопроводность работает обычным образом, мы должны были бы ожидать, что первоначальное горячее ядро уже рассеяло свое тепло. Но наблюдения показывают, что это не так".

Проблема с попыткой создать эксперимент, который поможет ученым понять, что происходит, заключается в том, что температуры настолько высоки, что сделать это практически невозможно. Если только у вас нет 192 лазеров, работающих одновременно. Вы можете найти это в Национальной лазерной установке, расположенной в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе, штат Калифорния.

NIF достаточно велик, чтобы в нем поместились три футбольных поля. С помощью ряда усилителей и другого оборудования генерируется пучок, дающий более 2 миллионов джоулей ультрафиолетовой энергии и до 500 триллионов ватт мощности. Он направляется на цель размером с карандашный ластик и длится всего несколько миллиардных долей секунды.

Этого короткого промежутка времени оказалось достаточно, чтобы ученые смогли провести необходимые измерения. Они обнаружили, что в созданной плазме есть горячие и холодные участки. Как предполагает теория и подтверждает данный эксперимент, внутри плазмы существуют запутанные магнитные поля, которые не позволяют электронам равномерно рассеиваться, тем самым препятствуя рассеиванию тепла путем обычной теплопроводности.

С лазером Национального центра зажигания у ученых есть только несколько попыток сделать все правильно. А поскольку условия эксперимента длятся всего несколько миллиардных долей секунды, ученые должны убедиться, что все настроено и работает правильно, включая проведение измерений.

Для этого профессор Рочестерского университета Петрос Цеферакос, возглавляющий Flash Center for Computational Science Рочестерского университета, использовал компьютерный код под названием FLASH (общедоступный код мультифизического многомасштабного моделирования) для предварительного моделирования эксперимента, чтобы, когда придет время проводить эксперименты, все прошло правильно.