Földi csillagpoklok<br/>

Az Új-Mexikói sivatagban egy szerény küllemű, lapos tetejű épületben működik egy berendezés, amelyben a Nap belsejével vetekedő hőmérsékleteken a fizikusok kísérletileg tanulmányozhatják, mi történik egy neutroncsillag vagy fekete lyuk vonzáskörzetébe került vasatomokkal.

A Sandia Nemzeti Laboratórium Z-berendezése (Z machine) a világ legnagyobb teljesítményű röntgensugár-forrása, amely elsősorban nemzetvédelmi célú katonai, továbbá fúziós kutatásokra szolgál, ám szerényebb mértékben más alapkutatásokra is felhasználják. Ilyenek például a Lawrence Livermore és a Sandia Nemzeti Laboratóriumok együttműködésében végzett asztrofizikai jellegű mérések, amelyek a vas tulajdonságait olyan extrém körülmények között vizsgálják, amilyenek a Világegyetem erős röntgenforrásainak környezetében uralkodhatnak. Az eredmények, mint azt a livermorei Mark Foord, a kutatócsoport vezetője elmondta, segíthetnek a csillagászoknak a tavaly pályára állított Chandra röntgenobszervatórium adatainak értelmezésében.

A Z-berendezés, amelyben a Nap belsejével vetekedő hőmérséklet jön létre

A vas azért különösen érdekes a csillagászok számára, mert a Világegyetemben számottevőbb mennyiségben előforduló atommagok között ez az egyik legbonyolultabb szerkezetű. "Neutroncsillagot vagy fekete lyukat persze nem tudunk előállítani a laboratóriumban, ám olyan erőteljes röntgensugárzást és magas hőmérsékletet, amilyen a közvetlen környezetükben uralkodhat, igen. Így a Z-berendezéssel elvégzett mérésekkel kísérletileg ellenőrizhetők azok az elméleti asztrofizikai modellek, amelyeknek a közvetlen vizsgálatára eddig nem volt mód" - mondta Foord, hozzátéve, hogy négy-öt olyan csillagászcsoporttal állnak közvetlen kapcsolatban, amelyek a Chandra adatait dolgozzák fel.

A kutatók a kísérletben mintegy 1 négyzetcentiméteres, néhány száz angström (néhány milliomod centiméter) vastagságú vaslemezkét helyeztek a Z-berendezés szívébe, ahol a mágneses tér hatására a plazmafonalak annyira összeszűkülnek, hogy belsejükben a hőmérséklet a több millió fokot is elérheti. A vaslemezkének ütköző plazma így néhány milliárdod másodperc alatt több mint 1 millió fokra hevíti fel, és ionizálja a fémet. A többszörösen ionizált vasnak sok ezer spektrumvonala van, amelyeknek a helyzete (azaz a hullámhossza vagy a frekvenciája) ugyan ismert, ám az egyes vonalak erőssége nagymértékben függ attól, hogy hány elektront, és ezen belül is melyeket szakít le az atomról az ionizáció. A színképvonalak relatív intenzitását számítással meghatározni gyakorlatilag lehetetlen. Ezért nehéz előre megmondani, hogy a különböző körülmények hatására keletkező többszörösen ionizált vasnak pontosan milyen a spektruma. Ha viszont laboratóriumi körülmények között sikerül ezt méréssel meghatározni, akkor a Világegyetem valamely tartományában a mért színképek elemzéséből meghatározható az ott lévő vas állapota és mennyisége. (Egyebek mellett éppen ezt vizsgálták a Rutgers Egyetem kutatói a Cassiopeia A szupernóva-maradványban.)

A Sandia Z-berendezésének szívében egy kis, ablakszerű keretben helyezték el a vasat és nátrium-fluoridot tartalmazó, mindössze 500 angström vastag, mikronos műanyaglapok közé zárt mintát. A röntgenimpulzus hatására a vasatomok ionizálódnak: a megfelelő irányokban elhelyezett spektrométerek mind az elnyelt, mint a kibocsátott röntgensugárzást érzékelik. A nátrium-fluorid a hőmérséklet ellenőrzésére szolgál

A kutatók egyelőre két próbamérést végeztek novemberben, amelyeknek a kiértékelése még folyamatban van. Az adatok előzetes elemzése mindenesetre máris azt mutatja, hogy mindkét esetben sikerült a jól ellenőrzött körülmények között a vasatomokat többszörösen ionizálni. A teljes kiértékelés pedig feltárja majd az atomok spektruma, sűrűségeloszlása, hőmérséklete és ionizációja, valamint az adott állapotot létrehozó röntgenimpulzusok közti pontos kapcsolatot. A mérések a folytatására valószínűleg tavasszal, vagy nyár elején kerülhet sor.

(Élet és Tudomány)

Ajánló:

A Z-berendezés.

Korábban:

A Chandra egyik legnagyobb eredményéről beszámoló cikk, gazdag linkgyűjteménnyel.