Сверхмощный лазер моделирует космические явления

Выбросы материи из молодых звёзд с беспрецедентной точностью смогли смоделировать в Университете Рочестера (University of Rochester) благодаря лазеру, способному генерировать триллионы ватт. Результаты достигнуты в серии экспериментов с участием международного коллектива учёных, сотрудничающих в Лаборатории лазерной энергетики (Laboratory for Laser Energetics, LLE). Цель работы – воссоздание астрономических явлений в лабораторных условиях. Возглавляемая Петом Хертигеном (Pat Hartigan) из Университета Райса (Rice University) команда использовала лазер Omega – один из самых мощных в мире. Объектом симуляции стало поведение выброса звёздного вещества, когда оно попадает в гигантские космические облака пыли и газа, окружающие молодые светила.

Как рассказывает профессор физики и астрономии Адам Френк (Adam Frank), Omega является главным инструментом лабораторных экспериментов по астрофизике из-за его уникальных возможностей, позволяющих воспроизводить очень сложные явления. Даже трёхмерное компьютерное моделирование часто недостаточно результативно в изучении новых аспектов эволюции звезд. С помощью лазера создаются микроскопические выбросы вещества, направляемые в пеноматериал. В итоге можно проникнуть в природные процессы, в триллионы раз более масштабные. Согласно объяснению Френка, звёздные "струи" формируются, когда магнитные поля вокруг рождающейся звезды заставляют материю вырываться из полюсов светила на скоростях в сотни км/с. Относительно лёгкий метод повторения процесса предполагает очень простую форму выбросов, но в реальности встречаются спиралевидные и другие сложные формы. Возможно, частично это вызывается взаимодействием с окружающей звезду средой. Эксперименты показали, что в плотных облаках газа и пыли вещество деформируется и появляются "брызги" из плазмы.

В лаборатории LLE лазер стрелял в шарообразные объекты из титана. Всего за несколько миллионных долей секунды Omega высвобождает триллионы ватт энергии – больше, чем во всей электросети США. Титан практически мгновенно разогревается до состояния плазмы, которая направляется к сфере из покрытого пеноматериалом пластика. Титановая плазма ведёт себя практически так же, как звёздное вещество, а сфера схожа с межзвёздным газом. Одним из аспектов исследования было получение и использование астрономических данных для сравнения с симуляциями. Благодаря телескопам были сделаны новые снимки Herbig Haro 110 – звёздной "струи", находящейся в сотнях световых лет. Сравнение с лабораторными экспериментами помогло по-иному взглянуть на происходящие в космическом пространстве процессы.