وقتی یکی از آزمایش های پارک هی-سوک به خوبی پیش می رود ، همه در نزدیکی آن را می دانند. وی از همکارانش گفت: “ما می توانیم فریاد Hye-Sook را بشنویم.”
تعجب آور نیست که او نمی تواند هیجان خود را مهار کند. او در حال مشاهده یک نگاه نزدیک به فیزیک ستاره های در حال انفجار یا ابرنواختر است ، پدیده ای بسیار عظیم که بیان قدرت آن دشوار است.
پارک ، فیزیکدان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا ، به جای مطالعه این انفجارها از راه دور از طریق تلسکوپ ، چیزی شبیه به این انفجارهای پاروکسیسم را با استفاده از لیزرهای با انرژی بالا در جهان ایجاد می کند.
حدود 10 سال پیش ، پارک و همکارانش تلاش کردند تا یک ویژگی جذاب و کم فهم ابرنواختر را درک کنند: امواج شوکی که در اثر انفجار تشکیل می شوند می توانند ذرات مانند پروتون ها و الکترون ها را به انرژی های فوق العاده برساند.
فردریکو فیوزا ، فیزیکدان پلاسما ، از آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC در منلو پارک ، کالیفرنیا ، یکی از همکاران پارک ، می گوید: “شوک های ابرنواختر از قدرتمندترین شتاب دهنده های ذرات در جهان به حساب می آیند.”
برخی از این ذرات پس از یک ماراتن سریع در مسافت های کیهانی ، سرانجام به زمین برخورد می کنند. مدت هاست که دانشمندان درمورد چگونگی افزایش سرعت زیاد این ذرات پرانرژی به ذرات پرانرژی متعجب هستند. در حال حاضر ، پارک و همکارانش سرانجام موج ضربه ای به سبک ابرنواختر را در آزمایشگاه ایجاد کرده و آن را مشاهده می کنند که چگونه ذرات را آزار می دهد ، و اشارات جدید احتمالی در مورد چگونگی این اتفاق در کیهان را نشان می دهد.
آوردن فیزیک ابرنواختر به زمین می تواند به حل دیگر رمز و رازهای جهان مانند منشأ میدان های مغناطیسی کیهانی کمک کند. و دلیل وجودی بیشتری وجود دارد که فیزیکدانان مجذوب ابرنواختر شده اند. این انفجارها برخی از عناصر اصلی ساختمانی لازم برای وجود ما را فراهم می کنند. کارولین کورانز ، فیزیکدان پلاسما ، از دانشگاه میشیگان در آن آربور ، که همچنین آزمایشگاه ابرنواخترها در آزمایشگاه است ، می گوید: “آهن موجود در خون ما از ابرنواخترها ناشی می شود.” “ما به معنای واقعی کلمه از ستاره خلق شده ایم.”
ستاره خوش شانس
به عنوان دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دهه 1980 ، پارک در آزمایشی 600 متری زیر زمین و در یک معدن نمک زیر دریاچه اری در اوهایو کار کرد. این آزمایش برای Irvine-Michigan-Brookhaven که IMB نامیده می شود ، برای مطالعه ابرنواخترها طراحی نشده است. اما محققان یک بخت به دست آوردند. یک ستاره در کهکشان ماهواره ای کهکشان راه شیری منفجر شد و IMB ذرات منفجر شده از آن فوران را گرفت. آن پیام رسانهای حاصل از انفجار کیهانی ، ذرات سبک زیر اتمی سبک به نام نوترینو ، اطلاعات جدیدی درباره ابرنواخترها را فاش کردند.
اما ابرنواخترها در مجاورت کیهانی ما نادر هستند. بنابراین ده ها سال بعد ، پارک منتظر اتفاق دوم شانس نیست.
در عوض ، تیم وی و دیگران از لیزرهای بسیار قدرتمندی برای ایجاد دوباره فیزیکی که پس از انفجارهای ابرنواختر دیده می شود ، استفاده می کنند. لیزرها یک هدف کوچک را که می تواند از مواد مختلفی مانند پلاستیک ساخته شود ، بخار می کند. این ضربه یک انفجار از پلاسمای سریع حرکت می کند ، مخلوطی از ذرات باردار ، که رفتار پلاسمای فوران شده از ابرنواختر را تقلید می کند.
انفجارهای ستاره ای هنگامی آغاز می شوند که یک ستاره عظیم سوخت خود را خسته کرده و هسته آن فرو ریخته و دوباره پرش می کند. لایه های بیرونی ستاره در اثر انفجاری به بیرون منفجر می شوند که می تواند انرژی بیشتری از آنچه در طول 10 میلیارد سال زندگی توسط خورشید آزاد می شود ، آزاد کند. این خروجی دارای یک انرژی جنبشی غیرقابل توصیف 100 کوینتیلیون یوتاژول است (SN: 2/8/17 ، ص 24).
ابرنواختر همچنین می تواند هنگامی اتفاق بیفتد که یک ستاره مرده به نام کوتوله سفید دوباره احیا شود ، به عنوان مثال پس از بیرون کشیدن گاز از یک ستاره همدم ، باعث انفجار واکنش های هسته ای می شود که از کنترل خارج می شوند (SN: 16/4/30 ، ص 20) .
در هر دو مورد ، هنگامی که انفجار باعث انفجار پلاسمای مراقبت از ستاره و به اطراف آن می شود ، محیط بین ستاره ای – در واقع اقیانوس دیگری از ذرات پلاسما ، همه چیز کاملاً پخته می شود. با گذشت زمان ، سازه ای متلاطم و در حال گسترش به نام بقایای ابرنواختر ، یک نمایش نوری زیبا را به وجود آورد که دهها سال نوری در آن جریان دارد و می تواند هزاران سال پس از انفجار اولیه در آسمان باقی بماند. این همان بقایای سرگردان است که پارک و همکارانش در حال کشف آن هستند.
به دلایل واضح ، مطالعه فیزیک ابرنواختر در آزمایشگاه کاملاً مشابه معامله واقعی نیست. پارک می گوید: “ما واقعاً نمی توانیم یک ابرنواختر را در آزمایشگاه ایجاد کنیم ، در غیر این صورت همه منفجر می شویم.”
به جای نابودی خود ، پارک و دیگران بر نسخه هایی از ابرنواختر تمرکز می کنند که هم از نظر اندازه و هم از نظر زمانی کوچک می شوند. و به جای تولید یک باره یک ابرنواختر ، فیزیکدان ها سعی می کنند اجزای جالب فیزیک را جدا کنند. پارک می گوید ، از پیچیدگی فوق العاده یک ابرنواختر ، “ما واقعاً در حال مطالعه کمی از آن هستیم”.
برای انفجار در فضا ، دانشمندان در رحمت طبیعت هستند. آناتولی اسپیتکوفسکی از دانشگاه پرینستون ، که با پارک همکاری می کند ، می گوید: “در آزمایشگاه ،” می توانید پارامترها را تغییر دهید و ببینید که شوک ها چگونه واکنش نشان می دهند. “
اتفاقات در یک لحظه رخ می دهد و بسیار کوچک هستند و عرض آنها فقط چند سانتی متر است. به عنوان مثال ، در آزمایش های کورانز ، معادل 15 دقیقه در زندگی یک ابرنواختر واقعی می تواند فقط 10 میلیاردم ثانیه طول بکشد. و بخشی از انفجار ستاره ای بزرگتر از قطر زمین را می توان به 100 میکرومتر کاهش داد. کورانز می گوید: “فرایندهایی که در هر دو مورد اتفاق می افتد بسیار مشابه هستند.” “این ذهن من را به باد می دهد.”