Araştırmacılar, HED plazmalarının X-ışını spektrumlarında geometrik etkileri ve rezonant saçılmayı izole ediyor
Araştırmacılar ilk kez kontrollü bir laboratuar ortamında plazma geometrisinin X-ışını emisyon spektrumundaki etkilerini, yani plazmaların yaydığı radyasyonun enerji dağılımını izole ettiler.
Çalışma aynı zamanda astrofizikte rezonant saçılma olarak bilinen bir fenomeni tanımlayan teorilerin ilk deneysel test ortamıdır. Bu fenomen, fotonların sistem içinde yayıldığı ve birden çok kez yeniden emilip yeniden yayılma olasılığına sahip olduğu, yeterli boyut ve yoğunluktaki bir plazmada bulunur. Ek olarak, araştırmacılar bir plazmanın geometrik olarak tersine çevrilmesini sadece spektrumundan ilk kez gözlemlediler.
Şu anda University de Bordeaux’da bulunan doktora sonrası araştırmacı Gabriel Pérez-Callejo ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki (LLNL) meslektaşları tarafından yönetilen çalışma Physical Review Letters’da yayınlandı. Çalışma, Rochester Üniversitesi’ndeki Omega Lazer Tesisi‘ndeki OpticalDepth deney serisinin bir parçası olarak gerçekleştirildi ve LLNL ile Oxford Üniversitesi arasındaki bir işbirliğiydi.
Çalışmanın baş yazarı Pérez-Callejo, “İzotropik olmayan plazmaların spektrumları – sıcaklıklarını ve yoğunluklarını teşhis etmenin temelidir – gözlemcinin konumuna bağlı olarak değişir,” dedi. “Bu probleme teorik yaklaşımlar olmasına rağmen, plazma geometrisini diğer değişkenlerden izole etmenin zorluğu nedeniyle, henüz deneysel bir onay elde edilmemiştir. Artık bir plazmanın geometrisinin nasıl değiştiği hakkında yalnızca onun X-ışını spektrumu. ”
Bu geometrik varyasyonların farklı geometriler için bakış açısına nasıl bağlı olduğunu inceleyebilmek, anormal astrofiziksel veriler hakkında yeni bilgiler sağlayacaktır ve hatta eylemsizlik hapsi füzyonu (ICF) patlamalarının koşullarını teşhis etmek için bile kullanılabilir.
Pérez-Callejo, araştırmacıların mevcut araçlarla çözülemeyen galaksi kümeleri veya yıldız atmosferlerindeki yapıların geometrisini belirleyebilmesi nedeniyle çalışmanın astrofiziğe fayda sağlayacağını açıkladı. Araştırmanın silindirik izleyiciler kullanan ICF deneylerine de fayda sağlayacağını söyledi.
“Bu, izleyicinin spektrumunu zamanla çözerek ve geometrisinin zamanla nasıl değiştiğini gözlemleyerek yapılabilir” dedi. “Araştırmacılar, patlamanın hidrodinamik evrimi hakkında ek bilgi edinebilirler.”
LLNL teorik takım lideri Duane Liedahl, “Amacımız, genellikle aşırı derecede karmaşık görünen fiziksel bir sürecin daha sezgisel bir fikrini benimsemek için deneysel ve teorik bir zemin sağlamaktı,” dedi. “Rezonant saçılma etkisinin tarihsel kökleri gözlemsel ve teorik astrofiziğe dayanmaktadır. Şimdi, radyasyon kaynaklarının fiziksel koşullarını ve geometrilerini anlamaya çalışan gökbilimcilere açıkça kontrol edilemeyen bir şey verebiliriz. Aksi takdirde ikisi arasındaki çapraz döllenme. Çok farklı boyut ve zaman ölçeklerinde çalışan farklı alanlar, astrofizik ve HED fiziği, bu projenin en heyecan verici yönlerinden biri. ”
Çalışmayı yürütmek için, araştırmacılar, bir skandiyum / vanadyum (Sc / V) karışımının gömülü bir diskini içeren silindirik berilyum (Be) hedefleri kullandılar. Araştırmacılar, Be’nin hem önünü hem de arkasını aynı lazer ışınlama profiliyle vurarak tek tip bir Sc / V plazma silindiri oluşturmayı başardılar.
X-ışını çerçeveleme kameraları, hedeflerin hem eksenel hem de radyal genişlemesini gözlemlemek için (böylece her zaman geometri ve yoğunluk ölçümlerini sağlar) ve hem eksenel hem de radyal yayılım için spektrumlarını ölçmek için X-ışını çerçeveli spektrometreler kullanıldı. yönler (ve böylece her zaman sıcaklıklarını ve spektral emisyonlarını elde edin).
Araştırmacılar, gömülü katman diskinin yarıçapını değiştirerek, aynı sıcaklık ve yoğunluk yollarını takip eden, ancak farklı bir yarıçapa sahip (diskin kalınlığı her iki durumda da aynı yolu izleyen) iki plazma oluşturmayı başardılar. Bu, takıma yalnızca plazmanın yarıçapını değiştirmenin doğrudan etkisinin spektral ölçümlerini verdi.
Ekip, araştırmayı Omega tesisinde gerçekleştirdi ve yüksek güçlü lazer ışınlamasıyla üretilen silindirik plazmalardan yayılan X-ışını spektrumlarındaki etkiyi göstererek rezonant saçılmasının geometrik yorumunu doğruladı.
G. Pérez-Callejo vd. Yüksek Enerji Yoğunluklu Plazmaların X-Işını Spektrumlarında Geometrik Etkilerin ve Rezonans Saçılmasının Gösterilmesi, Fiziksel İnceleme Mektupları (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.085001