Un láser de trillones de watts en la Universidad de Rochester ha simulado un chorro estelar, un flujo de materia de una estrella en ciernes, con un realismo sin precedentes.
Imagen del chorro (jet) estelar Herbig Haro 110, que es enormemente similar a las simulaciones. (crédito NASA).
El logro, que se detalla en el último número de Astrophysical Journal, es el último de una serie de experimentos en los que científicos de todo el mundo han convergido en el Laboratorio de Energética Laser de la Universidad de Rochester (LLE) para recrear eventos astronómicos en un laboratorio. El equipo, dirigido por Pat Hartigan en la Universidad Rice, utilizó el láser Omega del LLE, uno de los láseres más potentes del mundo, para reproducir la manera en que un chorro estelar se comporta al chocar contra las nubes gigantes de polvo y gas que existen cuando las estrellas están naciendo.
"El láser Omega del LLE se ha convertido en la principal instalación para experimentos de astrofísica en laboratorio, ya que puede explorar situaciones que serían muy complicadas para estudiar de cualquier otra manera", dice Adam Frank, profesor de física y astronomía en la Universidad de Rochester y uno de los científicos computacionales en el estudio. "Incluso las simulaciones por ordenador 3-D a menudo carecen de la resolución para estudiar estos nuevos aspectos de la evolución de un chorro estelar correctamente. El láser Omega nos permite crear un pequeño jet y explosión artificial en una nube de espuma para ver qué pasa. Los resultados nos dieron nuevas ideas de lo que sucede en la naturaleza a escalas de un billón de billones de veces más grande. "
El láser Omega de la Universidad de Rochester envía un flujo de plasma que se desvía de una pelota de plástico, simulando un chorro estelar golpeando una nube de polvo en el espacio. (crédito LLE, Universidad de Rochester)
Frank explica que los chorros estelares se forman cuando los campos magnéticos alrededor de una estrella recién nacida fuerzan la materia disparándola desde los polos de la estrella a cientos de kilómetros por segundo. Este relativamente simple método de creación sugiere que los chorros deben ser muy sencillos en forma, pero los chorros estelares suelen tener formas complicadas y variadas. Frank dice que parte de esta complejidad puede ser debido a las interacciones con el medio ambiente estelar de los alrededores. En sus experimentos recientes, el grupo que utiliza el láser Omega encontró que los jets se ven fuertemente desviados cuando se encuentran con una nube densa, creando salpicaduras de plasma de alta velocidad.
Para el experimento de jets y nubes, los científicos del Laboratorio de Energética Láser dispararon el Omega en una pieza del tamaño de una bola de titanio. En sólo unas pocas millonésimas de segundo, el láser Omega liberó estallidos de energía de varios trillones de vatios, más poder que el de la red eléctrica total de los Estados Unidos, por lo que es uno de los tres láseres más potentes del mundo. El láser calienta de forma casi instantánea el titanio en un plasma y lo propulsa hacia una esfera de plástico incrustada en la espuma. Frank dice que el plasma de titanio actúa muy parecido a un jet estelar y la esfera actúa muy parecido al gas interestelar.
"La desviación y las salpicaduras que vimos en los experimentos nos mostró las principales características de cómo los chorros astrofísicos reales responderán en entornos complicados", dice Frank. "Pero esto fue un experimento muy complicado que sólo se podría haber hecho con el láser Omega del LLE. Esto realmente nos ayuda a pensar en el proceso entero de desviación de los jets en la nube de manera diferente."
Uno de los aspectos novedosos del programa fue la adquisición y utilización de nuevos datos astronómicos para comparar con la simulación. "Esto nunca se había hecho antes", dice Frank. Hartigan utilizó telescopios de alto poder para obtener nuevas imágenes de Herbig Haro 110, un chorro estelar ubicado a cientos de años luz de distancia, que está siendo desviado por una nube cercana de una estrella en formación. "Usamos esas imágenes para compararlas con los experimentos, lo cual nos ayudó a pensar en el conjunto de nubes proceso de deformación de reacción diferente. Esta es la primera vez que los nuevos datos astrofísicos se han tomado de forma explícita para un experimento de astrofísica en laboratorio"
Esta investigación fue financiada por el Departamento de Energía de la National Science Foundation y la NASA. Fue parte del programa Nacional de instalaciones spara el usuario láser a cargo del LLE, donde los investigadores de todo el país pueden utilizar el sistema Omega para la ciencia de vanguardia. El equipo incluyó a Frank, Hartigan y JM Ferrer y PA Rosen, del Establecimiento de Armas Atómicas, de Aldermaston, Reino Unido; BH Wilde y RF Coker del Laboratorio Nacional de Los Alamos, Los Alamos, NM; JF Hansen, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, California, BE Blue de General Atomics, San Diego, California, y R. Carver, de la Universidad de Rice.
"Nuestro grupo estaba dirigido por un astrónomo de Rice, había físicos del plasma de todo el país y el mundo y utiliza el talento asombroso en el LLE de Rochester", dice Frank. "Es realmente una oportunidad única y un programa único."
Imagen del chorro (jet) estelar Herbig Haro 110, que es enormemente similar a las simulaciones. (crédito NASA).El logro, que se detalla en el último número de Astrophysical Journal, es el último de una serie de experimentos en los que científicos de todo el mundo han convergido en el Laboratorio de Energética Laser de la Universidad de Rochester (LLE) para recrear eventos astronómicos en un laboratorio. El equipo, dirigido por Pat Hartigan en la Universidad Rice, utilizó el láser Omega del LLE, uno de los láseres más potentes del mundo, para reproducir la manera en que un chorro estelar se comporta al chocar contra las nubes gigantes de polvo y gas que existen cuando las estrellas están naciendo.
"El láser Omega del LLE se ha convertido en la principal instalación para experimentos de astrofísica en laboratorio, ya que puede explorar situaciones que serían muy complicadas para estudiar de cualquier otra manera", dice Adam Frank, profesor de física y astronomía en la Universidad de Rochester y uno de los científicos computacionales en el estudio. "Incluso las simulaciones por ordenador 3-D a menudo carecen de la resolución para estudiar estos nuevos aspectos de la evolución de un chorro estelar correctamente. El láser Omega nos permite crear un pequeño jet y explosión artificial en una nube de espuma para ver qué pasa. Los resultados nos dieron nuevas ideas de lo que sucede en la naturaleza a escalas de un billón de billones de veces más grande. "
El láser Omega de la Universidad de Rochester envía un flujo de plasma que se desvía de una pelota de plástico, simulando un chorro estelar golpeando una nube de polvo en el espacio. (crédito LLE, Universidad de Rochester)Frank explica que los chorros estelares se forman cuando los campos magnéticos alrededor de una estrella recién nacida fuerzan la materia disparándola desde los polos de la estrella a cientos de kilómetros por segundo. Este relativamente simple método de creación sugiere que los chorros deben ser muy sencillos en forma, pero los chorros estelares suelen tener formas complicadas y variadas. Frank dice que parte de esta complejidad puede ser debido a las interacciones con el medio ambiente estelar de los alrededores. En sus experimentos recientes, el grupo que utiliza el láser Omega encontró que los jets se ven fuertemente desviados cuando se encuentran con una nube densa, creando salpicaduras de plasma de alta velocidad.
Para el experimento de jets y nubes, los científicos del Laboratorio de Energética Láser dispararon el Omega en una pieza del tamaño de una bola de titanio. En sólo unas pocas millonésimas de segundo, el láser Omega liberó estallidos de energía de varios trillones de vatios, más poder que el de la red eléctrica total de los Estados Unidos, por lo que es uno de los tres láseres más potentes del mundo. El láser calienta de forma casi instantánea el titanio en un plasma y lo propulsa hacia una esfera de plástico incrustada en la espuma. Frank dice que el plasma de titanio actúa muy parecido a un jet estelar y la esfera actúa muy parecido al gas interestelar.
"La desviación y las salpicaduras que vimos en los experimentos nos mostró las principales características de cómo los chorros astrofísicos reales responderán en entornos complicados", dice Frank. "Pero esto fue un experimento muy complicado que sólo se podría haber hecho con el láser Omega del LLE. Esto realmente nos ayuda a pensar en el proceso entero de desviación de los jets en la nube de manera diferente."
Uno de los aspectos novedosos del programa fue la adquisición y utilización de nuevos datos astronómicos para comparar con la simulación. "Esto nunca se había hecho antes", dice Frank. Hartigan utilizó telescopios de alto poder para obtener nuevas imágenes de Herbig Haro 110, un chorro estelar ubicado a cientos de años luz de distancia, que está siendo desviado por una nube cercana de una estrella en formación. "Usamos esas imágenes para compararlas con los experimentos, lo cual nos ayudó a pensar en el conjunto de nubes proceso de deformación de reacción diferente. Esta es la primera vez que los nuevos datos astrofísicos se han tomado de forma explícita para un experimento de astrofísica en laboratorio"
Esta investigación fue financiada por el Departamento de Energía de la National Science Foundation y la NASA. Fue parte del programa Nacional de instalaciones spara el usuario láser a cargo del LLE, donde los investigadores de todo el país pueden utilizar el sistema Omega para la ciencia de vanguardia. El equipo incluyó a Frank, Hartigan y JM Ferrer y PA Rosen, del Establecimiento de Armas Atómicas, de Aldermaston, Reino Unido; BH Wilde y RF Coker del Laboratorio Nacional de Los Alamos, Los Alamos, NM; JF Hansen, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, California, BE Blue de General Atomics, San Diego, California, y R. Carver, de la Universidad de Rice.
"Nuestro grupo estaba dirigido por un astrónomo de Rice, había físicos del plasma de todo el país y el mundo y utiliza el talento asombroso en el LLE de Rochester", dice Frank. "Es realmente una oportunidad única y un programa único."
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