V laboratóriu na Zemi zreplikovali rovnaký tlak ako má vzácny druh hviezdy vo vesmíre

Vedcom v kalifornskom výskumnom centra NIF (National Ignition Facility) sa podarilo prostredníctvom laserového systému simulovať tlak podobný tomu, aký dosahujú vo svojom obale vzácne druhy bielych trpaslíkov, informoval portál Sciencealert.

V rámci svojej štúdie, publikovanej v žurnále Nature vystavili vzorky pevných uhľovodíkov tlaku až 450 megabarov, čo je približne o 450 miliónkrát viac než je hodnota atmosférického tlaku Zeme v nulovej nadmorskej výške.

Tlak vytvorený v laboratórnych podmienkach dosahuje hodnotu ako majú biele trpaslíky vo svojom obale

Tento tlak zároveň zodpovedá tlaku, ktoré dosahujú jedny z najhustejších objektov vo vesmíre – biele trpaslíky so spektrálnou klasifikáciou DQ. Spektrálna klasifikácia je klasifikácia hviezd založená na teplote hviezdneho povrchu, pričom spektrálny typ DQ predstavuje modernú triedu používanú pre klasifikáciu bielych trpaslíkov, ktorých obal je tvorený prevažne z uhlíku.

Biele trpaslíky sú pozostatky hviezd, ktoré už nemali dostatočnú hmotnosť na zapálenie termonukleárnej reakcie. Dôsledku toho hviezdy postupne zanikali a zbavovali sa svojej vonkajšej vrstvy, pokým z nich nezostalo iba inertné jadro, ktoré nazývame biely trpaslík. Tiež môžeme povedať, že biele trpaslíky predstavujú pozostatky jadier hviezd s malou až strednou hmotnosťou, zložené prevažne z degenerovaného elektrónového plynu. Vedci dokonca nedávno objavili fascinujúceho bieleho trpaslíka, ktorého existencia sa zdala byť nemožná.

NASA/JPL-Caltech

Keďže v týchto inertných jadrách už neprebieha žiadna fúzia, zrúteniu jadra zabraňuje niečo, čo vedci nazývajú tlak elektrónovej degenerácie, ktorý vyjadruje odpor elektrónov proti stlačovaniu k iným elektrónom. Proces elektrónovej degenerácie nastáva pri tlaku približne 100 megabarov, kedy sa elektróny odštiepia od atómových jadier.

Tento proces, respektíve degenerovaný elektrónový plyn, ktorý predstavuje plyn s takou vysokou hustotou, že jeho fyzikálne vlastnosti sa v dôsledku kvantových efektov markantne odlišujú od vlastností ideálneho plynu vedci popisujú stavovými rovnicami.

Existujú určité nezrovnalosti v stavových rovniciach

V stavových rovniciach však pri takto extrémne veľkých tlakoch, ktoré dosahujú biele trpaslíky, panujú určité nezhody, a to najmä v oblasti kriviek, ktoré zaznamenávajú zvýšenie tlaku a hustoty vplyvom kompresie. Tie sa podľa vedcov v niektorých prípadoch môžu od seba líšiť až o 10 %.

Odstrániť tieto nezrovnalosti, ktoré spôsobujú problémy pri porozumení niektorých javov, sa vedci vo svojej štúdii pokúšali prostredníctvom duplikácie podmienok, aké panujú v jadre bielych trpaslíkov.

Portál Sciencedaily informoval, že duplikácia týchto podmienok prebehla prostredníctvom laseru, z ktorého vedci „vystrelili“ svetlo s vlnovou dĺžkou niekoľko nanometrov. Svetlo zasiahlo malý zlatý valec s názvom „hohlraum“, v ktorej sa nachádzala vzorka uhlíkovej zlúčeniny známej ako metylidyne (CH) s rozmermi 1 mm.

Zobraziť celú galériu (0)

NASA

Svetlo vyžarované s laseru ožiarilo túto vzorku s energiou až 1,1 milióna joulov, pri tlakoch v rozmedzí od 100 do 450 miliónov atmosfér, čo ju zahrialo až na takmer 3,5 milióna stupňov. Vonkajšia vrstva vzorky bola pri tomto procese zničená abláciou, ktorá vytvorila sférickú ablačnú rázovú vlnu.

Tieto vlny smerovali z povrchu smerom dovnútra vzorky, pričom sa spájali do jedinej silnej rázovej vlny, ktorá sa pohybovala rýchlosťou 150 – 220 km/h a prechádzala vzorkou po dobu približne 9 nanosekúnd. Vedci celý experiment vyhodnotili prostredníctvom röntgenovej analýzy a tiež Thomsonoveho rozptylu určeného na meranie teploty elektrónov a stupňa ionizácie vo vzorke.

Podľa vedcov tlak generovaný pri tomto experimente je v súlade s tlakom, ktorý majú biele trpaslíky DQ vo svojom uhlíkovom obale. Experiment tiež vedcom pomôže pri objasnení dôvodu, prečo niektoré biele trpaslíky s touto spektrálnou klasifikáciou pulzujú pri svojom otáčaní, čo spôsobuje zmeny ich jasu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky