激光重建星系团内部的条件

星系并不存在于真空中。 好吧,也许他们会(主要是因为即使星际空间也有一些物质)。 但星系通常不是孤立的物体。 多个星系引力相互作用可以形成星团。 这些星团可以相互作用,形成超星团。 我们自己的星系是称为本星系群的星系群的一部分。 这个本地群是室女座超星系团的一部分,而室女座超星系团又是一组被称为拉尼亚凯亚超星系团的超星系团的一部分。

与所有这些星系混合在一起的是大量热量,其极高的温度可与我们太阳的核心相媲美,大约 1000 万开尔文(2700 万华氏度)。 这个温度太高了,以至于氢原子不能存在,而不是气体,而是质子和电子的等离子体形式。 这对物理学家来说是个问题,他们说不应该那么热。

正如牛津大学物理学教授、新论文的一位作者 Gianluca Gregori 所说:“星系团内的气体应该冷却下来的原因很简单。因为这个星团已经存在了很长时间(这段时间与宇宙的年龄相当)。 因此,如果我们假设热传导以正常方式工作,我们会预计最初的热核心现在已经消散了热量。 但观察表明它没有。”

理查德鲍威尔的超星系团图像

试图创建一个有助于科学家了解正在发生的事情的实验的问题在于,温度如此之高,几乎不可能做到。 除非你有 192 台激光器同时工作。 您可以在位于加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施中找到它。

NIF 足够大,可以容纳三个足球场。 通过一系列放大器和其他设备产生光束,提供超过 200 万焦耳的紫外线能量和高达 500 万亿瓦的功率。 这是针对一个大约铅笔橡皮大小的目标,并且只持续大约十亿分之一秒。

展示 NIF 工作原理的动画视频

这么短的时间足以让科学家记录他们需要的测量结果。 他们发现在产生的等离子体中存在热点和冷点。 正如理论所暗示的那样,这个实验提供了证据,等离子体内部存在纠缠的磁场,阻止电子均匀分散,从而阻止热量通过正常的热传导消散。

使用国家点火设施的激光,科学家们只需要几枪就能把它弄好。 由于实验条件只持续了几十亿分之一秒,科学家们必须确保一切都设置好并正常运行,包括进行测量。

为了做到这一点,罗切斯特大学计算科学 Flash 中心的负责人、罗切斯特大学教授 Petros Tzeferacos 使用称为 FLASH 的计算机代码(一种公开可用的多物理场多尺度模拟代码)提前对实验进行模拟,以便到了进行实验的时候,一切都很顺利。

这个实验表明检验一些科学理论是多么困难。 但是,如果我们要更好地了解宇宙及其运作方式,这些理论就必须进行检验。 仅仅知识本身就足以让我们中的一些人继续推进科学。 然而,有时我们会从这个过程中得到一些东西,我们可以在地球上为自己使用,或者在我们成为太空竞赛时在太空中使用。

今年晚些时候,该团队将进行更多实验,试图找出星系团内气体的确切情况。 谁知道这些信息会将我们带到哪里? 但是 192 台高功率激光器产生了恒星核心内部的条件……如果没有别的,那就太酷了。

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