Greitieji radijo pliūpsniai yra viena didžiausių šių laikų kosminių paslapčių. Tai nepaprastai galingi, bet itin trumpi radijo bangų ilgio elektromagnetinės spinduliuotės sprogimai, per milisekundes išskiriantys tiek energijos, kiek 500 milijonų saulių. Daugelį metų mokslininkai svarstė, kas galėtų sukelti šiuos trumpalaikius žybsnius, aptinkamus už milijonų ar milijardų šviesmečių esančiose galaktikose.
Greitieji radijo pliūpsniai yra viena didžiausių šių laikų kosminių paslapčių. Tai nepaprastai galingi, bet itin trumpi radijo bangų ilgio elektromagnetinės spinduliuotės sprogimai, per milisekundes išskiriantys tiek energijos, kiek 500 milijonų saulių, rašo „Science Alert“.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Daugelį metų mokslininkai svarstė, kas galėtų sukelti šiuos trumpalaikius žybsnius, aptinkamus už milijonų ar milijardų šviesmečių esančiose galaktikose. Tuomet 2020-ųjų balandį gavome tikrai svarų įkaltį: trumpą, galingąradijo bangų blyksnį, kurį sukėlė kažkas, esantis Paukščių Tako viduje – magnetaras.
Tai leidžia manyti, kad bent jau kai kuriuos greituosius radijo žybsnius sukuria šios itin įmagnetintos mirusios žvaigždės. Dabar fizikai sugalvojo būdą, kaip laboratorijoje atkartoti tai, kas, mūsų manymu, vyksta pirmosiose šių beprotiškų sprogimų stadijose pagal kvantinės elektrodinamikos (QED) teoriją.
„Mūsų laboratorinis modeliavimas yra mažo mastelio magnetarų aplinkos analogas, – sako Prinstono universiteto fizikas Kenanas Qu. – Tai leidžia mums analizuoti QED porų plazmą.“
Magnetaras yra negyvosios žvaigždės, vadinamos neutronine žvaigžde, tipas. Kai masyvi žvaigždė pasiekia savo gyvenimo trukmę, ji susprogdina savo išorinę medžiagą, o branduolinė šerdis, nebepalaikoma branduolių sintezės išorinio slėgio, suyra veikiama savo pačios gravitacijos ir suformuoja itin tankų objektą su galingu magnetiniu lauku. Tai neutroninė žvaigždė.
Kai kurių neutroninių žvaigždžių magnetinis laukas dar galingesnis. Tai magnetaras. Nežinoma, kaip jos tokiomis tampa, bet jų magnetinis laukas yra maždaug 1000 kartų galingesnis už įprastos neutroninės žvaigždės ir kvadrilijoną kartų galingesnis už Žemės magnetinį lauką.
Mokslininkai mano, kad greitieji radijo pliūpsniai atsiranda dėl įtampos tarp magnetinio lauko, tokio galingo, kad iškreipia magnetaro formą, ir gravitacijos slėgio į vidų.
Manoma, kad magnetinis laukas taip pat yra atsakingas už tai, jog aplink magnetarą esanti materija virsta plazma, sudaryta iš materijos ir antimaterijos porų. Šios poros susideda iš neigiamai įkrauto elektrono ir teigiamai įkrauto pozitrono, ir manoma, kad jos vaidina svarbų vaidmenį skleidžiant retus pasikartojančius greituosius radijo žybsnius.
Ši plazma vadinama porų plazma ir labai skiriasi nuo daugumos Visatoje esančios plazmos. Įprastą plazmą sudaro elektronai ir sunkesni jonai. Porinėje plazmoje esančios materijos ir antimaterijos poros turi vienodas mases ir spontaniškai susidaro bei anihiliuoja viena kitą. Porinės plazmos kolektyvinė elgsena labai skiriasi nuo įprastos plazmos elgsenos.
Kadangi magnetinių laukų stiprumas yra labai didelis, K. Qu ir jo kolegos sugalvojo būdą, kaip sukurti porinę plazmą laboratorijoje kitais būdais.
„Užuot imitavę stiprų magnetinį lauką, mes naudojame stiprų lazerį“, – aiškina K. Qu.
„Jis paverčia energiją į porinę plazmą per vadinamąsias QED kaskadas. Tada porinė plazma perkelia lazerio impulsą į aukštesnį dažnį. Šis įdomus rezultatas rodo, kad yra perspektyvų kurti ir stebėti QED porinę plazmą laboratorijose ir atlikti eksperimentus, kuriais būtų galima patikrinti teorijas apie greituosius radijo žybsnius.“
Taikant šį metodą sukuriamas didelio greičio elektronų pluoštas, sklindantis beveik šviesos greičiu. Į šį spindulį paleidžiamas vidutinio galingumo lazeris, o susidūrimo metu susidaro porinė plazma.
Be to, jis sulėtina susidariusią plazmą. Taip būtų galima išspręsti vieną iš problemų, su kuria susidurta ankstesniuose eksperimentuose kuriant porinę plazmą, – stebėti jos kolektyvinį elgesį.
„Manome, kad žinome, kokie dėsniai valdo jų kolektyvinį elgesį. Tačiau kol iš tikrųjų laboratorijoje nesukursime porinės plazmos, kuri pasižymėtų kolektyviniais reiškiniais, kuriuos galėtume ištirti, tol negalime būti tuo visiškai tikri“, – sako Prinstono universiteto fizikas Natas Fischas.
Stebėjimo eksperimentą dar reikia atlikti, tačiau jis suteikia galimybę atlikti tokius tyrimus, kokie anksčiau nebuvo įmanomi. Jis sumažina itin galingos įrangos, kuri gali viršyti mūsų technines galimybes ir biudžetą, poreikį.
Šiuo metu komanda ruošiasi išbandyti savo idėjas atlikdama keletą eksperimentų SLAC nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje. Jie tikisi, kad tai padės sužinoti, kaip magnetarai sukuria porinę plazmą, kaip ši porinė plazma gali sukelti greituosius radijo žybsnius, ir nustatyti, kokia anksčiau nežinoma fizika gali būti su tuo susijusi.
