Almanya’daki iki büyük araştırma merkezinden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ve Avrupa XFEL’den bilim insanları, daha önce kullanılandan çok daha küçük bir lazer kullanarak, gezegenlerin ve yıldızların içinde bulunanlara benzer aşırı koşullar yaratıp gözlemleyebildiler. Bu başarı, astrofizik ve malzeme bilimindeki araştırmalar için yeni fırsatlar yaratıyor.
Şimdiye kadar bu tür koşulların yaratılması, Ulusal Ateşleme Tesisi (NIF) gibi dünyanın en güçlü lazerlerini gerektiriyordu. [National Ignition Facility (NIF) — это одна из самых мощных лазерных установок в мире, расположенная в Ливерморе (Калифорния). NIF предназначен для достижения термоядерного синтеза, при котором ядерное топливо сжимается и нагревается до такой степени, что происходит ядерная реакция. Установка имеет рекордную мощность 500 тераватт и используется для проведения исследований в области термоядерного синтеза, материаловедения, физики плазмы и ядерной физики] Ancak dünyada bu türden yalnızca birkaç lazer vardır ve deney fırsatları da buna bağlı olarak nadirdir. HZDR liderliğindeki bir araştırma ekibi, Avrupalı XFEL’den meslektaşlarıyla birlikte, çok daha küçük bir lazer kullanarak aşırı koşullar yaratmayı ve gözlemlemeyi başardı.
Yeni teknoloji, ultra kısa lazer darbeleriyle ateşlenen ince bakır tele dayanıyor. Bu, telin içinden geçen ve yüksek basınç ve sıcaklıklara sahip koşullar yaratan bir şok dalgasının oluşmasıyla sonuçlanır. Araştırmacılar, malzemelerin atom düzeyinde yapısını ve davranışını incelemek için kullanılabilecek ultra kısa X-ışını darbeleri üreten Avrupa XFEL lazerinden gelen X-ışını flaşlarını kullanarak, bu süreçleri gözlemleyebildi ve elde edilen koşulları ölçebildiler. .
“Daha sonra telin içinde neler olduğunu gözlemlemek için Avrupa’nın XFEL’inden gelen güçlü X-ışını flaşlarını kullanabildik. Kısa darbeli lazer ve X-ışını lazerinin bu kombinasyonu dünyada benzersizdir. Etkiyi ancak X-ışını ışınının yüksek kalitesi ve hassasiyeti sayesinde gözlemleyebildik” diye açıklıyor makalenin başyazarı Dr. Alejandro Lazo García.
Çeşitli ölçüm serilerinde bilim insanları, lazer ışığına maruz kalma ile X ışınlarına maruz kalma arasındaki zaman aralığını sistematik olarak değiştirdiler. Bu, olayın ayrıntılı bir “röntgen filminin” kaydedilmesini mümkün kıldı.
“İlk olarak, lazer darbesi tel ile etkileşime giriyor ve tel boyunca bir patlama gibi ilerleyen ve sonunda onu yok eden yerel bir şok dalgası yaratıyor. Ancak bu gerçekleşmeden önce, lazerin çarpmasıyla oluşturulan yüksek enerjili elektronların bir kısmı telin yüzeyi boyunca hızla ilerliyor” diye açıklıyor HIBEF bölüm başkanı Dr. Toma Tonchian.
Bu hızlı elektronlar telin yüzeyini hızla ısıtır ve yeni şok dalgaları üretir. Daha sonra sırayla her taraftan telin merkezine doğru koşarlar. Kısa bir süre için tüm şok dalgaları burada yoğunlaşır ve son derece yüksek basınç ve sıcaklıklar üretir.
Ölçümler, telin ortasındaki bakır yoğunluğunun kısa bir süre için “normal” soğuk bakırdan sekiz ila dokuz kat daha yüksek olduğunu gösterdi.
“Bilgisayar simülasyonlarımız 800 megabar basınca ulaştığımızı gösteriyor. Bu, atmosferik basıncın 800 milyon katı ve Dünya’nın içinde geçerli olan basıncın 200 katı basınca karşılık geliyor” diyor HZDR Radyasyon Fiziği Enstitüsü müdürü ve HIBEF konsorsiyumunun başlatıcısı Profesör Thomas Cowan.
Ulaşılan sıcaklık da dünyevi standartlara göre muazzamdı: 100.000 santigrat derece. Bu koşullar bir beyaz cücenin koronasındaki koşullara yakındır.
Laso García, “Yöntemimiz aynı zamanda devasa gaz gezegenlerinin içindekilere benzer koşulları elde etmek için de kullanılabilir” diye vurguluyor. Bu sadece Jüpiter gibi ünlü devleri değil, aynı zamanda son birkaç yılda keşfedilen çok sayıda dış gezegeni de içeriyor.
Araştırma ekibi artık demir ve plastik gibi diğer malzemelerden yapılmış telleri hedef alıyor. “Plastik esas olarak hidrojen ve karbondan oluşuyor. Ve her iki element de yıldızlarda ve onların koronalarında bulunur” diyor Tonchian.
Yeni ölçüm yöntemi sadece astrofizik için değil, başka bir araştırma alanı için de faydalı. “Deneyimiz, çok çeşitli malzemelerde çok yüksek yoğunlukları ve sıcaklıkları nasıl üretebileceğimizi etkileyici bir şekilde gösteriyor. Bu, füzyon araştırmasını bir adım ileriye taşıyacak,” dedi Avrupa XFEL’deki HED grubuna başkanlık eden Ulf Sastrau.