Международная исследовательская группа провела лабораторные эксперименты в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, дающие новое представление о сложном процессе ионизации под давлением планет-гигантов и звезд. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature 24 мая.
Ученые использовали самый большой и мощный в мире лазер National Ignition Facility (NIF), чтобы создать экстремальные условия, необходимые для ионизации под давлением.
С помощью 184 лазерных лучей команда нагрела полость с образцом бериллия диаметром 2 мм. В результате в течение нескольких наносекунд образовался крошечный кусок материи, как у карликовых звезд.
Сильно сжатый образец бериллия, плотность которого в 30 раз превышает окружающее твердое вещество, исследовали и обнаружили, что после сильного нагревания и сжатия по меньшей мере три из четырех электронов его переходили в ведущие состояния.
Исследователи напомнили, что вещество в недрах планет-гигантов и некоторых относительно холодных звезд сильно сжато весом верхних слоев, и такие условия приводят к его полной ионизации. В то время как ионизация в горячих звездах в основном определяется температурой, ионизация под давлением доминирует в более холодных объектах.
«Степень ионизации атомов внутри звезд имеет решающее значение для того, насколько эффективно энергия может транспортироваться от центра наружу с помощью излучения… Если это будет слишком бурно, жизнь, которую мы знаем, может быть невозможна на близкой орбите вокруг маленьких звезд», — объяснил Доминик Краус, профессор физики в Университете Ростока и руководитель группы Гельмгольц-центра Дрезден-Россендорф, участвовавшей в исследовании.
Несмотря на важность структуры и эволюции небесных объектов, ионизация под давлением как путь к высокоионизированной материи теоретически недостаточно изучена. Кроме того, необходимые экстремальные состояния материи очень трудно создать и изучить, отметил физик Тило Доппнер из руководившей проектом лаборатории имени Лоуренса.
«Наша работа открывает новые пути для изучения и моделирования поведения материи при экстремальном сжатии. Ионизация в плотной плазме является ключевым параметром», — указал он.
Исследование также имеет значительные последствия для экспериментов термоядерного синтеза, добавил Доппнер.
Профессор физики в Университете Ростока Рональд Редмер подчеркнул, что моделирование и оценка исследуемых состояний плазмы является очень сложным процессом, требующим огромной вычислительной мощности. Потребовалось несколько лет, чтобы достичь текущего понимания экспериментальных данных.
Ученые надеются получить дальнейшее понимание материи под давлением в миллиарды атмосфер на установке в Германии. Они хотят достичь подобных условий в гораздо меньшем масштабе, что позволило бы проводить гораздо больше экспериментов, чем возможно на NIF.
