Forscher haben im Labor eine Miniaturversion von Supernova-Stoßwellen geschaffen, um ein uraltes Rätsel des Kosmos zu lösen.
Wenn Sterne sterben und zu einer Supernova werden, erzeugen sie Stoßwellen, die hochenergetische Teilchen ins Universum schleudern. Die Wellen wirken fast wie Beschleuniger, die Teilchen so stark antreiben, dass ihre Geschwindigkeit an die Lichtgeschwindigkeit heranreicht. Wissenschaftler müssen jedoch noch genau verstehen, wie und warum Stoßwellen Teilchen beschleunigen.
„Dies sind faszinierende Systeme, aber sie sind aufgrund ihrer Abgeschiedenheit schwer zu untersuchen“, sagte Frederico Feuse, leitender Wissenschaftler am SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums, der die Studie leitete.
Um kosmische Stoßwellen besser untersuchen zu können, haben Wissenschaftler sie auf der Erde nachgebaut.
Fuze und seine Kollegen arbeiteten daran, eine schnelle diffuse Stoßwelle zu erzeugen, die eine Supernova-Welle nachahmen könnte. Die Forscher "schossen" leistungsstarke Laser auf die Kohlenstoffplatten, um zwei aufeinander gerichtete Plasmaströme zu erzeugen. Als die Plasmaströme kollidierten, erzeugten sie laut Aussage eine „Supernova-ähnliche“ Schockwelle. Während des Experiments wurden Beobachtungen mit optischen und Röntgentechnologien gemacht.
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Wissenschaftler haben bestätigt, dass der Aufprall Elektronen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann. Wie genau dies geschieht, bleibt jedoch ein Rätsel, was die Forscher dazu veranlasste, sich Computersimulationen zuzuwenden. „Wir können die Details, wie Teilchen Energie gewinnen, nicht einmal in Experimenten sehen, geschweige denn in astrophysikalischen Beobachtungen. Jetzt ist Simulationszeit“, sagt Anna Grassi, Co-Autorin der neuen Studie.
Von Grassi erstellte Computermodelle zeigten eine mögliche Erklärung: Turbulente elektromagnetische Felder innerhalb der Stoßwelle können Elektronen auf die angegebenen Geschwindigkeiten beschleunigen.