Джеты высокоскоростной материи производят одни из самых впечатляющих явлений, которые можно увидеть в космическом пространстве. Астрономам приходилось видеть, как джеты «вырываются» из молодых звезд, буквально только что сформировавшихся, рентгеновских бинарных звезд и даже сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах крупных галактик.
На протяжении многих лет учёные представляли свои теоретические объяснения того, чем именно обусловлены эти, подобные лучам света, джеты. Однако теперь, благодаря эксперименту французских и американских исследователей, предусматривающему использование чрезвычайно мощных лазеров, учёные наконец могли экспериментально проверить один из предложенных механизмов их образования.
По словам профессора физики и астрономии Eric Blackman из University of Rochester, который является одним из соавторов, это исследование — безупречный пример того, как лабораторные эксперименты могут использоваться для проверки механизмов, способных производить то, астрономы наблюдают в космическом пространстве. Blackman объясняет, что он и его коллеги поставили перед собой цель — воссоздать в лаборатории те условия, при которых джеты формируются в космосе в виде пучка света, который не рассеивается. Теория и числовые расчеты обеспечили возможность того, что джеты могут быть созданы путём «шокового инерционного удержания». По словам Blackman, этот эксперимент подтверждает, что тестируемый механизм жизнеспособен, даже не смотря на то, что он сопряжён с многими иными эффектами.
Результаты проведенного исследования приводят доказательства в пользу «шоков/потрясений», предсказанных теорией, в честь которых механизм собственно и получил свое название. «Шоки» представлены различного рода «поверхностями» в космосе, характеризующимися внезапными изменениями плотности, скорости и направления потока. Согласно теории, которая полностью согласуется с новым экспериментом, именно «потрясения» приводят к формированию джетов.
В статье, опубликованной в «Physical Review Letters», исследователи объясняют, как они использовали лазерное лабораторное средство LULI, расположенное в Ecole Polytechnique во Франции, дабы в лабораторных условиях воссоздать космические джеты. Соавторы исследования из University of Chicago использовали сложный компьютерный код, разработанный и адаптированный ими, чтобы помочь проанализировать полученные результаты.
По словам Alessandra Ravasio, возглавлявшего эксперимент, исследователи направили весьма энергетический лазерный луч на крошечную железную «мишень», толщиной немного больше, чем человеческий волос, в результате чего и был создан сверхзвуковой плазменный поток.
Ввиду того, что в лаборатории не было ничего, что могло бы препятствовать распространению плазмы, она исходила из центра квазисферично. Чтобы увидеть эффекты окружающего ветра, исследователи создали иную, более лёгкую, сверхзвуковою плазму из пластикового кольца, окружающего железную «мишень».
По словам Ravasio, новизна этого эксперимента заключается в способе, посредством которого учёные пространственно распределяли лазерную энергию, исходящую из центральной точки, генерирующей «железный» поток, и энергию из внешней кольца. Удалось создать сложную геометрию и изучить взаимодействие этих двух потоков, отмечает учёный.
Исследователи установили, что взаимодействие двух плазменных потоков приводит к коллимации «железного» потока плазмы. Таким образом, вместо того, чтобы рассеиваться во всех направлениях, «железный» поток исходит, главным образом, вдоль одного направления. Экспериментальные данные показали, что в результате данного взаимодействия генерируется ударная волна, которая помогает импульсу и инерции ветра вокруг пластикового кольца коллимировать внутренний «железный» поток в струе.
Проведенный эксперимент — это яркий пример лабораторной астрофизики, которая является стремительно растущей областью высокоэнергетической физики плотности, предусматривающей сотрудничество астрофизиков и физиков, специализирующихся на изучении плазмы. Проведением исследований в этом направлении активно занимаются учёные из University of Rochester и Ecole Polytechnique.
