En todo el universo, las ondas de choque supersónicas impulsan los rayos cósmicos y las partículas de supernova a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. La mayor energía de estos choques astrofísicos ocurre demasiado lejos del sistema solar para ser estudiada en detalle y han dejado a los astrofísicos desconcertados durante mucho tiempo.Las naves espaciales pueden detectar choques más cercanos a la Tierra, pero vuelan demasiado rápido para sondear la formación de una ola.
Abriendo la puerta a una nueva comprensión
Ahora, un equipo de científicos ha generado las primeras ondas de choque de alta energía en un laboratorio, abriendo la puerta a una nueva comprensión de estos procesos misteriosos. "Por primera vez hemos desarrollado una plataforma para estudiar los choques altamente energéticos con mayor flexibilidady control de lo que es posible con naves espaciales ", dijo Derek Schaeffer, físico de la Universidad de Princeton y del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE, y autor principal de un artículo de julio en Cartas de revisión física que describe los experimentos.
Schaeffer y sus colegas llevaron a cabo su investigación sobre las instalaciones de láser Omega EP en el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester. Colaboraron en el proyecto el físico PPPL Will Fox, quien diseñó el experimento, y los investigadores de Rochester y las universidades de Michigan y NewHampshire. "Esto le permite comprender la evolución de los procesos físicos que ocurren dentro de las ondas de choque", dijo Fox sobre la plataforma.
Para producir la onda, los científicos utilizaron un láser para crear un plasma de alta energía, una forma de materia compuesta de átomos y partículas atómicas cargadas, que se expandió en un plasma magnetizado preexistente. La interacción se creó, en unos pocosbillonésimas de segundo, una onda de choque magnetizada que se expandió a una velocidad de más de 1 millón de millas por hora, congruente con los choques más allá del sistema solar. La velocidad rápida representaba un alto "número de Mach magnetosónico" y la onda era "sin colisión".emulando choques que ocurren en el espacio exterior donde las partículas están demasiado separadas para chocar con frecuencia.
Descubrimiento por accidente
El descubrimiento de este método de generación de ondas de choque en realidad se produjo por accidente. Los físicos habían estado estudiando la reconexión magnética, el proceso en el cual las líneas del campo magnético en plasma convergen, se separan y reconectan enérgicamente. Para investigar el flujo de plasma en el experimento, los investigadores instalaron un nuevo diagnóstico en la instalación láser de Rochester. Para su sorpresa, el diagnóstico reveló un agudo aumento de la densidad del plasma, lo que señaló la formación de una onda de choque con un alto número de Mach.
Para simular los hallazgos, los investigadores ejecutaron un código de computadora llamado "PSC" en la supercomputadora Titan, la computadora más poderosa de los Estados Unidos, ubicada en la Instalación de Computación de Liderazgo Oak Ridge del DOE. La simulación utilizó datos derivados de los experimentos y resultados de lamodelo de acuerdo con las imágenes de diagnóstico de la formación de choque.
En el futuro, la plataforma de laboratorio permitirá nuevos estudios de la relación entre los choques sin colisión y la aceleración de partículas astrofísicas. La plataforma "complementa la percepción remota y las observaciones de naves espaciales", escribieron los autores, y "abre el camino para investigaciones de laboratorio controladasde choques de números de alta Mach "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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