Воссозданы экзотические условия внутри белых карликов
Фото: Mark Meamber / Clayton Dahlen / Lawrence Livermore National Laboratory
Ученые Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса воссоздали экзотическое давление, которое в сто раз выше, чем в ядре Земли и в 450 миллионов раз выше атмосферного давления на уровне моря. Это эквивалентно условиям среды внутри редкого типа белых карликов — одного из самых плотных объектов во Вселенной. Кратко об исследовании, опубликованном в журнале Nature, рассказывает издание Science Alert.
При давлении около 100 мегабар (миллионов бар) электроны отделяются от своих атомных ядер. Поскольку два электрона не могут занимать одно и то же квантовое состояние, белый карлик не может схлопнуться, превратившись в нейтронную звезду или черную дыру, и остается стабильным. Давление, создаваемое электронами, делает плазму прозрачной для радиации, что описывается уравнениями состояния, которые используются для расчета температуры и скорости охлаждения.
Однако при экстремальных давлениях внутри белых карликов модели уравнения состояний вдоль кривых, отображающих увеличение давления и плотности при сжатии (ударных адиабат Гюгонио), могут отличаться друг от друга на 10 процентов. Это является проблемой для астрономов, поскольку скорость охлаждения белых карликов можно использовать в качестве универсальных часов для расчета возраста Вселенной.
Экспериментальная установка состояла из маленькой твердой миллиметровой углеводородной бусины внутри полого золотого цилиндра. Затем его облучали лазерным ультрафиолетовым светом, нагревая пластиковый шарик почти до 3,5 миллиона кельвинов. Внешний слой шарика был разрушен в результате испарения (абляции), в результате чего образовалась сферическая ударная волна, распространяющаяся со скоростью 220 километров в секунду. Это привело к увеличению давления внутри шарика. Используя рентгеновскую радиографию, ученые зафиксировали рост давления со 100 мегабар на внешней стороне бусины до 450 мегабар в середине шарика.
Похожее давление существует в углеродной оболочке, окружающей ядро горячего белого карлика спектрального класса DQ. Это относительно редкий тип белых карликов, чьи атмосферы состоят, в основном, из углерода, а не водорода и гелия, как у обычных белых карликов. Некоторые из них пульсируют при вращении, изменяя свою яркость. Для понимания механизма этого явления нужно точно знать, как вещество объекта ведет себя в условиях экстремального давления.