Foto: Un técnico trabaja en la Instalación Nacional de Ignición. Los científicos utilizaron una matriz de 196 láseres para crear condiciones similares al gas caliente dentro de cúmulos gigantes de galaxias.
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Crédito: Instalación Nacional de Encendido
Las galaxias rara vez viven solas. En cambio, decenas a miles se mantienen unidos por la gravedad, formando enormes grupos de los objetos más grandes del universo.
«Los cúmulos de galaxias son algunas de las cosas más impresionantes del universo», dijo el profesor emérito Don Lamb, astrofísico de la Universidad de Chicago y coautor de un nuevo artículo de investigación publicado el 9 de marzo. décadas de oscuridad.
Los científicos han sabido durante mucho tiempo que el gas de hidrógeno en los cúmulos de galaxias es demasiado caliente (alrededor de 10 millones de grados Kelvin, o aproximadamente la misma temperatura que el centro del Sol) y demasiado caliente para que existan átomos de hidrógeno. En cambio, el gas es un plasma compuesto de protones y electrones.
Pero el misterio permanece: no hay una explicación directa de por qué o cómo el gas permanece tan caliente. De acuerdo con las reglas naturales de la física, debe haberse enfriado durante la vida del universo. Pero no lo hizo.
El desafío para cualquiera que intente resolver este rompecabezas es que no puede crear exactamente este tipo de condiciones magnéticas fuertes y calientes en su propio patio trasero.
Sin embargo, ahora solo hay un lugar en la Tierra donde se puede: la instalación láser más activa del mundo. La Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es capaz de crear condiciones tan extremas, aunque solo por una fracción de segundo en el tamaño de una moneda de diez centavos.
Científicos de UChicago, la Universidad de Oxford y la Universidad de Rochester trabajaron juntos para usar la Instalación Nacional de Ignición, ubicada en Livermore, California, para crear condiciones similares al gas caliente en cúmulos galácticos gigantes. «Los experimentos realizados en NIF están literalmente fuera de este mundo», dijo Jena Meinecke, quien fue la primera autora del artículo.
Los científicos enfocaron 196 láseres en un solo objetivo pequeño, creando un plasma blanco caliente con campos magnéticos intensos presentes durante unas mil millonésimas de segundo.
Esto fue suficiente para que determinaran que, en lugar de una temperatura uniforme, había puntos calientes y fríos en el plasma.
Esto es consistente con una de las teorías que se han propuesto sobre cómo el calor queda atrapado dentro de los cúmulos de galaxias. Normalmente, el calor se puede distribuir fácilmente cuando los electrones chocan entre sí. Pero los campos magnéticos enredados dentro del plasma pueden afectar estos electrones, haciendo que giren en la dirección de los campos magnéticos, evitando que distribuyan y distribuyan su energía de manera uniforme.
De hecho, vieron en el experimento que la entrega de energía se suprimió más de 100 veces.
Lamb, Servicio Distinguido Profesor Robert A. Millikan en Astronomy & Astrophysics: «Este es un resultado increíblemente emocionante porque pudimos demostrar que lo que propusieron los astrofísicos va por el camino correcto».
«De hecho, este es un resultado sorprendente», agregó un coautor del estudio de la Universidad de Rochester. Profesor Petros Tseverakos, quien supervisó las simulaciones por computadora del complejo experimento. «Las simulaciones fueron clave para desentrañar la física del plasma magnetizado turbulento, pero el nivel de inhibición de la transferencia de calor fue más alto de lo que esperábamos».
Las simulaciones se realizaron utilizando un código de computadora llamado Códigos FLASH, que se desarrolló en la Universidad de Chicago y ahora está alojado en la Universidad de Rochester. Centro Flash de Ciencias Computacionalesdirigido por Tzeferacos. El código permite a los científicos simular sus experimentos con láseres con gran detalle antes de que se realicen, para que puedan lograr los resultados que buscan.
Esto es fundamental porque los científicos solo obtienen unas pocas instantáneas preciosas en la instalación: si algo sale mal, no hay repetición. Debido a que las condiciones del experimento solo duran un nanosegundo, los científicos deben asegurarse de realizar las mediciones que necesitan exactamente en el momento adecuado. Esto significa que todo debe planificarse cuidadosamente desde el principio.
«Es un desafío cuando estás al final de lo que puedes hacer, pero ahí es donde están los límites», dijo Lamb.
Sin embargo, todavía hay más preguntas sobre la física de los cúmulos de galaxias. Aunque los puntos calientes y fríos son una fuerte evidencia de la influencia de los campos magnéticos en el enfriamiento del gas caliente en los cúmulos de galaxias, se necesitan más experimentos para entender exactamente lo que está pasando. El grupo está planeando su próxima ronda de ensayos en NIF a finales de este año.
Por ahora, sin embargo, están felices de arrojar luz sobre por qué el gas en los cúmulos de galaxias permanece caliente incluso después de miles de millones de años.
Las galaxias rara vez viven solas. En cambio, decenas a miles se mantienen unidos por la gravedad, formando enormes grupos de los objetos más grandes del universo.
«Los cúmulos de galaxias son algunas de las cosas más impresionantes del universo», dijo el profesor emérito Don Lamb, astrofísico de la Universidad de Chicago y coautor de un nuevo artículo de investigación publicado el 9 de marzo. décadas de oscuridad.
Los científicos han sabido durante mucho tiempo que el gas de hidrógeno en los cúmulos de galaxias es demasiado caliente (alrededor de 10 millones de grados Kelvin, o aproximadamente la misma temperatura que el centro del Sol) y demasiado caliente para que existan átomos de hidrógeno. En cambio, el gas es un plasma compuesto de protones y electrones.
Pero el misterio permanece: no hay una explicación directa de por qué o cómo el gas permanece tan caliente. De acuerdo con las reglas naturales de la física, debe haberse enfriado durante la vida del universo. Pero no lo hizo.
El desafío para cualquiera que intente resolver este rompecabezas es que no puede crear exactamente este tipo de condiciones magnéticas fuertes y calientes en su propio patio trasero.
Sin embargo, ahora solo hay un lugar en la Tierra donde se puede: la instalación láser más activa del mundo. La Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es capaz de crear condiciones tan extremas, aunque solo por una fracción de segundo en el tamaño de una moneda de diez centavos.
Científicos de UChicago, la Universidad de Oxford y la Universidad de Rochester trabajaron juntos para usar la Instalación Nacional de Ignición, ubicada en Livermore, California, para crear condiciones similares al gas caliente en cúmulos galácticos gigantes. «Los experimentos realizados en NIF están literalmente fuera de este mundo», dijo Jena Meinecke, quien fue la primera autora del artículo.
Los científicos enfocaron 196 láseres en un solo objetivo pequeño, creando un plasma blanco caliente con campos magnéticos intensos presentes durante unas mil millonésimas de segundo.
Esto fue suficiente para que determinaran que, en lugar de una temperatura uniforme, había puntos calientes y fríos en el plasma.
Esto es consistente con una de las teorías que se han propuesto sobre cómo el calor queda atrapado dentro de los cúmulos de galaxias. Normalmente, el calor se puede distribuir fácilmente cuando los electrones chocan entre sí. Pero los campos magnéticos enredados dentro del plasma pueden afectar estos electrones, haciendo que giren en la dirección de los campos magnéticos, evitando que distribuyan y distribuyan su energía de manera uniforme.
De hecho, vieron en el experimento que la entrega de energía se suprimió más de 100 veces.
Lamb, Servicio Distinguido Profesor Robert A. Millikan en Astronomy & Astrophysics: «Este es un resultado increíblemente emocionante porque pudimos demostrar que lo que propusieron los astrofísicos va por el camino correcto».
«De hecho, este es un resultado sorprendente», agregó un coautor del estudio de la Universidad de Rochester. Profesor Petros Tseverakos, quien supervisó las simulaciones por computadora del complejo experimento. «Las simulaciones fueron clave para desentrañar la física del plasma magnetizado turbulento, pero el nivel de inhibición de la transferencia de calor fue más alto de lo que esperábamos».
Las simulaciones se realizaron utilizando un código de computadora llamado Códigos FLASH, que se desarrolló en la Universidad de Chicago y ahora está alojado en la Universidad de Rochester. Centro Flash de Ciencias Computacionalesdirigido por Tzeferacos. El código permite a los científicos simular sus experimentos con láseres con gran detalle antes de que se realicen, para que puedan lograr los resultados que buscan.
Esto es fundamental porque los científicos solo obtienen unas pocas instantáneas preciosas en la instalación: si algo sale mal, no hay repetición. Debido a que las condiciones del experimento solo duran un nanosegundo, los científicos deben asegurarse de realizar las mediciones que necesitan exactamente en el momento adecuado. Esto significa que todo debe planificarse cuidadosamente desde el principio.
«Es un desafío cuando estás al final de lo que puedes hacer, pero ahí es donde están los límites», dijo Lamb.
Sin embargo, todavía hay más preguntas sobre la física de los cúmulos de galaxias. Aunque los puntos calientes y fríos son una fuerte evidencia de la influencia de los campos magnéticos en el enfriamiento del gas caliente en los cúmulos de galaxias, se necesitan más experimentos para entender exactamente lo que está pasando. El grupo está planeando su próxima ronda de ensayos en NIF a finales de este año.
Por ahora, sin embargo, están felices de arrojar luz sobre por qué el gas en los cúmulos de galaxias permanece caliente incluso después de miles de millones de años.
«Es un recordatorio de que el universo está lleno de cosas asombrosas», dijo Lamb.
Fue el investigador principal del experimento. Profesor Gianluca Gregorio Desde Universidad de Oxford. Los miembros del equipo también incluyeron Oxford Profesor Alexander ShikuchinPrinceton robot Archiey Laboratorio Nacional Lawrence Livermore James Esteban Ross.
Título del artículo
Fuerte supresión de la conducción de calor en una versión de laboratorio del plasma turbulento del cúmulo de galaxias