Τα πιο βίαια συμπαντικά φαινόμενα σε εργαστηριακή κλίμακα

Στο σύμπαν εκτυλίσσονται πολλά ακραία φαινόμενα, αφού για παράδειγμα οι πλανήτες «βομβαρδίζονται» συνεχώς από κάθε λογής διαστημικούς βράχους, ενώ οι αστέρες παράγουν ασύλληπτα ποσά ενέργειας μέσω των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων.

Τι ακριβώς όμως συμβαίνει σε τέτοιες περιπτώσεις και ποιες επιπλέον γνώσεις μπορούν να μας δώσουν για το σύμπαν;

Μήπως επίσης θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε προς όφελος του ανθρώπου;
Για να απαντήσουν σε ερωτήματα όπως τα παραπάνω, επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC πραγματοποιούν λεπτομερή πειράματα και αναπτύσσουν υπολογιστικές προσομοιώσεις, ώστε να αναπαραστήσουν τα πιο βίαια συμπαντικά φαινόμενα σε εργαστηριακή κλίμακα.
«Η εργαστηριακή αστροφυσική κερδίζει γρήγορα έδαφος, χάρις στην εξέλιξη της τεχνολογίας», λεει στο σάιτ του SLAC o Ζίγκρφιντ Γκλένζερ, επικεφαλής του Επιστημονικού Τμήματος Υψηλής Ενεργειακής Πυκνότητας.
«Πλέον έχουμε στη διάθεσή μας πανίσχυρα λέιζερ για να προσομοιώσουμε ακραίες καταστάσεις της ύλης, πηγές ακτίνων Χ για να τις αναλύσουμε σε ατομικό επίπεδο, όπως και υπερυπολογιστές για να “τρέξουμε” περίπλοκες προσομοιώσεις».
Με τέτοια «όπλα» στη διάθεσή τους, η ομάδα του SLAC έδειξε πρόσφατα πως η σφοδρή σύγκρουση ενός μετεωρίτη σε κάποιον πλανήτη μπορεί να προκαλέσει την παραγωγή… διαμαντιών.
Οι επιστήμονες υπέθεταν εδώ και χρόνια πως από μία τέτοια πρόσκρουση θα μπορούσε από τον γραφίτη του εδάφους να προκύψει μία μορφή διαμαντιού, ο λονσδαλεΐτης, που είναι μάλιστα σκληρότερος από το κανονικό διαμάντι.
Για να ελέγξει αυτή την υπόθεση, η ομάδα του SLAC θέρμανε στο εργαστήριο μέσω λέιζερ ένα δείγμα γραφίτη, εφαρμόζοντας στη συνέχεια πολύ υψηλή πίεση – 2 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας.
Έτσι, επιστρατεύοντας μία διάταξη φασματοσκοπίας ακτίνων Χ, είδε μόρια του γραφίτη να μετασχηματίζονται σε λονσδαλεΐτη μέσα σε δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου.
Αν και το συγκεκριμένο πείραμα είναι χρήσιμο στη Γη, αφού τα ίχνη λονσδαλεΐτη αποτελούν επομένως ενδείξεις μιας πιθανής πρόσκρουσης μετεωρίτη, στο SLAC έχει επίσης διαλευκανθεί ένα «μυστήριο» που αφορά τους πλανήτες γίγαντες όπως ο Δίας.
Σε αυτά τα σώματα, το εσωτερικό τους καταλαμβάνεται κυρίως από υγρό υδρογόνο, το οποίο σύμφωνα με θεωρίες θα μπορούσε υπό ειδικές συνθήκες να γίνει αγώγιμο, από ηλεκτρικά ουδέτερο που είναι κανονικά.
Για να ελέγξουν αυτές τις θεωρίες, οι επιστήμονες του Εργαστηρίου χρησιμοποίησαν ένα π-πανίσχυρο λέιζερ για να θερμάνουν και να συμπιέσουν ένα δείγμα υγρού δευτέριου, το οποίο είναι ισότοπο του υδρογόνου.
Έτσι, διαπίστωσαν πως το σε πολύ υψηλή πίεση και θερμοκρασία 4.000 βαθμών Κελσίου, όντως αλλάζουν οι ηλεκτρικές ιδιότητες του δευτέριου.
Η συγκεκριμένη ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για να κατανοηθούν καλύτερα ο σχηματισμός και η εξέλιξη των πλανήτων του ηλιακού μας συστήματος.
Την ίδια στιγμή, ενδέχεται να αποδειχθεί χρήσιμη και στην προσπάθεια άλλων επιστημόνων να λύσουν το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας, αναπτύσσοντας αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης που χρησιμοποιούν σαν «καύσιμο» το δευτέριο.
Από το «μικροσκόπιο» όμως της ομάδας του SLAC έχουν περάσει και οι «συμπαντικοί επιταχυντές», δηλαδή σώματα όπως οι τεράστιες μαύρες τρύπες που εκπέμπουν σωματίδια υψηλών ενεργειών.
Οι επιστήμονες θέλουν να μελετήσουν τη συμπεριφορά αυτών των πηγών, κατ’ αρχάς επειδή έτσι θα κατανοήσουν ακόμη καλύτερα το σύμπαν.
Από την άλλη πλευρά, ίσως αποκτήσουν καινοτόμες ιδέες για την κατασκευή καλύτερων επιταχυντών, που με τη σειρά τους θα χρησιμοποιηθούν για να εξερευνηθεί ο «κόσμος» των στοιχειωδών σωματιδίων.
Μία υπόθεση για τους «συμπαντικούς επιταχυντές» είναι πως λειτουργούν με βάση ένα φαινόμενο που ονομάζεται «μαγνητική επανασύνδεση», δηλαδή με την απελευθέρωση μαγνητικής ενέργειας, καθώς οι μαγνητικές γραμμές στη ροή των φορτισμένων σωματιδίων κόβονται και επανασυνδέονται με διαφορετικό τρόπο.
Σε αυτή την περίπτωση, οι επιστήμονες του SLAC αξιοποίησαν υπολογιστικές προσομοιώσεις για να δείξουν με ποιον τρόπο θα μπορούσε να επιβεβαιωθεί εργαστηριακά η παραπάνω υπόθεση. Έτσι, κατάφεραν να δείξουν πώς θα πρέπει να σχεδιασθεί ένα τέτοιο πείραμα.