En stjerne er født:Ved hjælp af lasere til at undersøge, hvordan stjernemateriale fremstilles

På en typisk dag i verdens største laser, National Ignition Facility (NIF) i Livermore, Californien, du kan finde forskere tilfældigt lave stjernelignende forhold ved hjælp af 192 kraftfulde lasere. Stjerner i universet dannes gennem en proces kaldet nukleosyntese, som smelter lettere atomer til at skabe nye tungere atomkerner. Naturlige elementer fundet her på Jorden, såsom helium og aluminium, blev dannet gennem denne proces inde i en stjerne, ikke ulig vores egen sol.

NIF-laserstrålernes energi forstærkes i en bygning svarende til længden på tre fodboldbaner og fokuseres derefter på bittesmå gas- eller isfyldte kapsler med 18 mikrometer tykke vægge (omkring tykkelsen af ​​et menneskehår) og 3 mm ydre diametre. Kapslen placeres nøjagtigt i midten af ​​et målkammer, der har en diameter på 10 meter. Det er ligesom at prøve at placere en myr præcist i midten af ​​en skolebus. Når kapslerne sprænges med alle 192 laserstråler, de imploderer, skaber meget varme og meget tætte stjernelignende forhold.

Løbende forsøg på NIF studerer en af ​​de primære nukleosynteseprocesser i solen, 3He-3He-reaktionen mellem to heliumioner, under stjernelignende forhold. Denne reaktion, vist i figur 1, er ansvarlig for næsten halvdelen af ​​energiproduktionen i vores sol, da den brænder brint i helium.

"Det, der er så fedt ved disse eksperimenter, er, at i modsætning til tidligere undersøgelser på Jorden, vi undersøger faktisk denne reaktion ved temperatur- og tæthedsbetingelser, der kan sammenlignes med dem, der findes i stjerner ", siger projektforsker Dr. Maria Gatu Johnson fra MIT.

På American Physical Society Division of Plasma Physics møde i Ft. Lauderdale, Florida i denne uge, Dr. Gatu Johnson vil rapportere om, hvordan protoner fra solens 3He-3He-reaktion er blevet observeret i disse forsøg under en række betingelser.

"Overraskende, "Dr. Gatu Johnson siger, "de foreløbige resultater viser, at ved lavere temperaturer, relativt flere protoner ses med højere energi end med lavere energi. "

Disse resultater vil hjælpe forskere med at tilføje vigtige begrænsninger på teoretiske beregninger af denne komplicerede reaktion og estimere sandsynligheden for, at 3He-3He-reaktionen sker, samt andre vigtige processer i solen. Der vil være endnu en runde med eksperimenter, i øjeblikket planlagt til februar 2020, hvor Dr. Gatu Johnson planlægger bedre at karakterisere de temperaturer, der nås under de stjernelignende forhold.

Disse eksperimenter er en del af en ny indsats for at studere nukleosyntesereaktioner og relevante fænomener i stjernelignende tilstande ved hjælp af lasere.

"Plasmaer med høj energi-densitet er det eneste laboratorium på jorden, der genskaber de ekstreme forhold, hvor grundstofferne blev produceret i universet, "siger co-hovedforsker Dr. Alex Zylstra fra Lawrence Livermore National Laboratory. Arbejdet vil fortsat bruge denne platform til at undersøge andre nukleosyntesereaktioner og relevante fænomener i fremtiden-dette er en ny, kreativ måde at studere, hvordan stjernetøj bliver til!