Fizikçiler Hızlı Radyo Patlamalarının Başlangıcını Simüle Etmenin Bir Yolunu Buldular

Hızlı radyo patlamaları, zamanımızın en büyük kozmik gizemlerinden biridir. Radyo dalga boylarında son derece güçlü ama son derece kısa elektromanyetik radyasyon patlamalarıdır ve milisaniyeler içinde 500 milyon Güneş kadar enerjiyi boşaltırlar.

Bilim insanları, milyonlarca ila milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki galaksilerde tespit edilen bu kısa patlamalara neyin neden olabileceği konusunda yıllarca kafa yordu. Ardından, Nisan 2020'de gerçekten güçlü bir ipucu yakaladık: Samanyolu'nun içindeki bir şeyden, bir magnetardan gelen kısa, güçlü bir radyo dalgaları flaşı.

Bu, en azından bazı hızlı radyo patlamalarının, bu aşırı derecede manyetize olmuş ölü yıldızlar tarafından üretildiğini gösteriyor. Şimdi, fizikçiler, kuantum elektrodinamiği (QED) teorisine göre, bu çılgın patlamaların ilk aşamalarında olduğunu düşündüğümüz şeyi bir laboratuvarda kopyalamanın bir yolunu tasarladılar.

Princeton Üniversitesi'nden fizikçi Kenan Qu, "Laboratuvar simülasyonumuz bir magnetar ortamının küçük ölçekli bir analogudur" diyor. "Bu, QED çifti plazmalarını analiz etmemizi sağlıyor."

Magnetar, nötron yıldızı adı verilen bir tür ölü yıldızdır. Devasa bir yıldız ömrünün sonuna ulaştığında, dış malzemesini fırlatır ve artık nükleer füzyonun dışa doğru basıncı tarafından desteklenmeyen çekirdek, güçlü bir manyetik alana sahip ultra yoğun bir nesne oluşturmak için kendi yerçekimi altında çöker. Bu nötron yıldızıdır.

Bazı nötron yıldızları daha da güçlü bir manyetik alana sahiptir. Bu ise bir magnetardır. Nasıl bu hale geldiklerini bilmiyoruz, ancak manyetik alanları normal bir nötron yıldızınınkinden yaklaşık 1000 kat daha güçlü ve Dünya'nınkinden katrilyon kat daha güçlüdür.

Bilim insanları, hızlı radyo patlamalarının manyetik alan gerilimin bir sonucu olduğunu düşünüyorlar, o kadar güçlü ki magnetarın şeklini ve yerçekiminin içe doğru basıncını bozuyor.

Manyetik alanın, magnetar etrafındaki uzayda maddeyi madde-anti madde çiftlerinden oluşan bir plazmaya dönüştürmekten de sorumlu olduğu düşünülmektedir. Bu çiftler, negatif yüklü bir elektron ve pozitif yüklü pozitrondan oluşur ve tekrarlayan nadir hızlı radyo patlamalarının yayılmasında rol oynadıkları düşünülmektedir.

Bu plazmaya çift plazma denir ve Evrendeki çoğu plazmadan çok farklıdır. Normal plazma elektronlardan ve daha ağır iyonlardan oluşur. Çift plazmadaki madde-anti madde çiftleri eşit kütlelere sahiptir ve kendiliğinden oluşur ve birbirlerini yok ederler. Çift plazmaların toplu davranışı normal plazmalardan çok farklıdır.

İlgili manyetik alanların gücü çok aşırı olduğu için Qu ve meslektaşları, laboratuvarda başka yollarla çift plazma oluşturmanın bir yolunu buldular.

Qu, "Güçlü bir manyetik alanı simüle etmek yerine güçlü bir lazer kullanıyoruz" diye açıklıyor.

Teknik, ışık hızına yakın bir hızla hareket eden yüksek hızlı bir elektron ışını üretmeyi içerir. Bu ışına orta derecede güçlü bir lazer ateşlenir ve ortaya çıkan çarpışma bir çift plazma oluşturur.

Ayrıca oluşan plazmayı yavaşlatır. Bu, çift plazmalar oluşturmak için önceki deneylerde bulunan sorunlardan birini çözebilir - toplu davranışlarını gözlemlemek.

Princeton Üniversitesi'nden fizikçi Nat Fisch, "Kolektif davranışlarını hangi yasaların yönettiğini bildiğimizi düşünüyoruz. Ancak laboratuvarda, kolektif fenomenler sergileyen ve araştırabileceğimiz bir çift plazma üretene kadar, bundan kesinlikle emin olamayız" diyor.

"Sorun şu ki, çift plazmalarda kolektif davranışı gözlemlemek çok zor. Bu nedenle, bunu ortak bir üretim-gözlem sorunu olarak düşünmek ve harika bir gözlem yönteminin olması gerekenin koşullarını gevşettiğini kabul etmek bizim için önemli bir adımdı."

Gözlem deneyi henüz yapılmadı, ancak bu yöntem, araştırmaları yürütmek için daha önce mümkün olmayan bir yol sunuyor. Teknik kapasitemizi ve bütçemizi aşan son derece güçlü ekipman ihtiyacını azaltır.

Ekip şu anda fikirlerini SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda bir dizi deneyle test etmeye hazırlanıyor. Bunun, magnetarların nasıl çift plazma ürettiğini, bu çift plazmaların nasıl hızlı radyo patlamaları üretebileceğini öğrenmelerine yardımcı olacağını umuyorlar.

Stanford Üniversitesi'nden fizikçi Sebastian Meuren, "Bir bakıma burada yaptığımız şey, radyo patlamaları üreten yeni bir sistemin başlangıç ​​noktasıdır" diyor.

"Laboratuvarda bir radyo patlaması gibi bir şey gözlemleyebilseydik bu son derece heyecan verici olurdu. Ancak ilk kısım sadece elektron ışınlarının saçılmasını gözlemlemek ve bunu yaptığımızda lazer yoğunluğunu daha yüksek seviyeye çıkarmak için iyileştirmek."

Bu yüzden hızlı radyo patlamalarıyla ilgili yanıtlarımızı almamız biraz daha uzun sürebilir. Ancak yıllar içinde öğrendiğimiz bir şey varsa, o da bu büyüleyici gizemi çözmenin kesinlikle beklemeye değer olduğudur.