Hvid dværg-atmosfære genskabt i laboratoriet

Hvide dværge er de glødende kulstofklumper, der er tilbage, efter stjerner har brugt alt deres brændstof. De er varme, tætte og små, typisk med Solens masse pakket ind i Jordens volumen.

Strukturen af ​​disse objekter er kompleks. Astronomer kan ikke se de glødende kulgløder, fordi hvide dværge altid er omgivet af et tyndt, tæt lag af gas, trukket ind af stjernens intense tyngdekraft.

Det er denne gas, der lyser med et intenst hvidt lys ved temperaturer normalt mellem 8000K og 16.000K - til sammenligning er Solens atmosfære omkring 6000K. Gassen er i høj grad brint, men kan også indeholde helium, forskellige metaller og kulstof.

Disse elementer er alle nemme at identificere ved at se på de karakteristiske frekvenser, hvormed elementerne udsender og absorberer lys, en teknik kendt som spektroskopi. Den intense varme og det intense tryk ved overfladen af ​​disse stjerner forvrænger dog spektrene, hvilket f.eks. får linjerne til at sprede sig.

Det er praktisk for astronomer, fordi de kan bruge disse forvrængninger til at beregne trykket ved overfladen, som afhænger af overfladens tyngdekraft. Når det kombineres med andre data, såsom temperaturmålinger, giver dette dem mulighed for at beregne stjernens radius og masse.

Så spektroskopi er et enormt kraftfuldt værktøj.

Der er dog et problem. Massen og radius beregnet på denne måde stemmer ikke altid overens med værdierne beregnet på andre måder, såsom ved at måle stjernens bevægelse gennem rummet.

Så astronomer ønsker bedre at forstå de processer, der påvirker spektrene af hvide dværg-atmosfærer.

Indtast Ross Falcon på Sandia National Laboratories i New Mexico og få venner. Sandia har tilfældigvis planetens mest kraftfulde røntgenmaskine, en enhed kendt som Z Pulsed Power Facility.

Disse fyre bruger røntgenstråler fra denne maskine til at opvarme en tynd væg af guld for enden af ​​et reagensglas, der indeholder brint. Guldet opvarmer hurtigt brinten og skaber et plasma med høj densitet ved en temperatur på 10.000K eller deromkring.

Det reproducerer mere eller mindre nøjagtigt forholdene i atmosfæren hos en hvid dværg. Falcon og co måler derefter gassens spektrum for at se, hvordan forholdene påvirker det.

Ved hjælp af dataene har disse fyre været i stand til at forfine astronomers modeller af hvide dværg-atmosfærer for at få en bedre forståelse af stjernerne selv, deres masse og radius, for eksempel.

Arbejdet er dog langt fra slut. Falcon og co ønsker nu at inkludere nogle af de andre elementer, der optræder i hvide dværgspektre. De har påbegyndt foreløbige eksperimenter med helium og håber at undersøge spektrene af kulstof og ilt i den nærmeste fremtid.

Ud over det ønsker Falcon og co at genskabe de kraftige magnetfelter, der findes omkring nogle hvide dværge, for at se, hvilken indflydelse disse har på spektrene.

Det er lettere sagt end gjort. Z Pulsed Power Facility har ingen problemer med at generere kraftige magnetiske felter - vanskeligheden er at bruge dem på en kontrolleret måde i et eksperiment. Så der er arbejde, der skal udføres af Falcons gruppe og andre, der også arbejder på Sandia.

Men at genskabe overfladen af ​​stjerner på Jorden - det er fedt.

Ref: arxiv.org/abs/1210.0832 : Oprettelse af hvide dværgfotosfærer i laboratoriet: Strategi for astrofysiske applikationer

skjule