فیزیکدانان راه جدیدی برای شبیه‌سازی «انفجارهای رادیویی سریع» پیدا کردند

انفجارهای رادیویی سریع (Fast Radio Bursts) یکی از بزرگترین مسئله‌های حل نشده کنونی است که سال‌هاست پژوهشگران را درگیر خود کرده است. این انفجارها بسیار پرانرژی هستند، اما مدت زمان کوتاهی، حدود چند میلی‌ثانیه طول می‌کشند.

این انفجارهای سریع و پرانرژی بیشتر از کهکشان‌هایی که میلیون‌ها تا میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند، نشات می‌گیرند. اما در بهار دو سال پیش، یکی از این انفجارها در کهکشان راه شیری خودمان رخ داد و منجمان توانستند نگاه دقیق‌تری به آن بیندازند. منبع این انفجار سریع یک «مگنتار» (Magnetar) بود که یک ستاره با میدان مغناطیسی بسیار قوی است.

حالا فیزیکدانان توانسته‌اند راهی پیدا کنند تا شرایط محیطی یک مگنتار را با توجه به الکترودینامیک کوانتومی شبیه‌سازی کنند و اولین لحظه‌های یک انفجار رادیویی سریع را بهتر درک کنند. مگنتارها در واقع یک ستاره نوترونی هستند که با مرگ ستاره‌های پرجرم به وجود می‌آیند. ستاره‌های نوترونی میدان مغناطیسی قوی دارند، اما برخی از این ستاره‌ها حتی میدان قوی‌تری دارند که به نام مگنتار شناخته می‌شوند.

هنوز مشخص نیست که چرا برخی از ستاره‌های نوترونی میدان مغناطیسی قوی‌تری دارند، اما می‌دانیم که میدان مغناطیسی این مگنتارها تا هزار برابر یک ستاره نوترونی معمولی است. برخی از فیزیکدانان احتمال می‌دهند که این انفجارهای سریع با تنش در میدان مغناطیسی مگنتارها رخ می‌دهد که به قدری قوی است که می‌تواند شکل ظاهری مگنتار و میدان گرانشی ستاره را تغییر دهد.

شبیه‌سازی جفت پلاسما در آزمایشگاه

میدان مغناطیسی مگنتارها مواد درون این ستاره‌ها را به فضای بیرون پرتاب می‌کنند و پلاسمایی از ماده و پادماده در اطراف آن ایجاد می‌کنند. این جفت پلاسما (pair plasma) در واقع الکترون و پوزیترون (پادماده الکترون با بار الکتریکی مثبت) است که با پلاسمای عادی فرق می‌کند.

پلاسمای عادی معمولا از الکترون و یون‌های سنگین‌تر تشکیل می‌شود، اما جفت پلاسمای ماده-پادماده جرم مساوی دارند و به طور پیوسته و در هر لحظه یکدیگر را از بین می‌برند و به وجود می‌آورند و به همین خاطر، رفتار کاملا متفاوتی از پلاسمای عادی دارد.

ار آنجایی که میدان مغناطیسی موجود در محیط اطراف یک مگنتار بسیار قوی است، محققان این مطالعه از لیزرهای قوی استفاده کردند تا بتوانند انرژی مورد نیاز برای ایجاد جفت پلاسما را به دست آورند.

در این روش یک پرتوی الکترونی سرعت بالا، با سرعتی نزدیک به سرعت نور، تولید می‌شود و آن را در مقابل لیزر قدرتمندی در آزمایشگاه قرار می‌دهند. با برخورد این دو پرتو به هم در مرکز این برخورد جفت پلاسما تولید می‌شود.

این روش می‌تواند بسیاری از مشکلات آزمایش‌های قبلی را برطرف کند و اطلاعات بیشتری را در اختیار پژوهشگران قرار دهد. با این حال، مثل همیشه، چنین آزمایش‌هایی نیازمند بررسی و صرف وقت بیشتری هستند، اما می‌تواند به زودی مسائل مهمی را در زمینه فیزیک حل کند.