Senior onderzoeker Chikang Li wil experimenteren met de sterren. Geïntrigeerd door een merkwaardig "knik"-fenomeen waargenomen in de Krabnevel, een interstellaire wolk van gas en stof die ontstond na een supernova-explosie, hij is op zoek naar antwoorden. Afbeeldingen van het Chandra-röntgenobservatorium laten zien dat een plasmastraal die rechtstreeks uit de neutronenster in het midden van de nevel stroomt, om de paar jaar van richting lijkt te veranderen. zonder de structuur te veranderen. Waarom? Wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat magnetische velden met de juiste eigenschappen dit gedrag zouden kunnen verklaren, maar Li wilde bewijs.

"Hoe ontwerp je een experiment op aarde om mysteries te verklaren die plaatsvinden 6, 500 lichtjaar verwijderd, en die zich uitstrekt over 13 lichtjaar ruimte?", vraagt ​​hij. "Traditionele astrofysica is gebaseerd op observatie. Meestal nadat u een waarneming hebt gedaan, je bouwt een theoretisch model, je doet een aantal numerieke simulaties. Maar dat is het. Hoe kun je daarheen gaan en iets meten? Hoe kun je een experiment doen om dit model te testen?"

Li maakt deel uit van MIT's Plasma Science and Fusion Center (PSFC) sinds hij in 1987 afstudeerde. Als mede-oprichter en associate hoofd van de PSFC's High-Energy-Density Physics (HEDP) Division, Li heeft regelmatig samengewerkt met de National Ignition Facility en het University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics aan traagheidsopsluitingsfusie en laboratorium-astrofysische experimenten. Hij besloot te kijken of hij de OMEGA-laser van het lab ook kon gebruiken om de omstandigheden in de Krabnevel na te bootsen, en bewijzen de hypothese dat magnetische velden verantwoordelijk waren voor de "knik in de krab".

In plaats van OMEGA's meerdere laserstralen te trainen op een enkele korrel waterstofbrandstof, zoals hij zou doen voor een fusie-experiment, Li weerkaatste lasers van twee folies van 3 x 3 mm die aan elkaar scharnieren in een hoek van 60 graden. Met behulp van twee laserstralen om elke kant te verwarmen, hij genereerde plasmabellen, of pluimen. Li wist dat omdat ze erg dicht en heet zijn, deze pluimen zouden onmiddellijk uitbreiden, botsen in het middenvlak tussen de twee folies om een ​​straal te vormen.

Li merkt op dat, hoewel laboratorium-gegenereerde jets en astrofysische jets zeer verschillende grootteschalen hebben, de fundamentele fysica kan hetzelfde zijn omdat kritische dimensieloze parameters vergelijkbaar zijn. Als resultaat, ze delen genoeg fysieke eigenschappen om Li in staat te stellen zijn laboratoriumexperimenten te schalen, zoals je zou doen van een windtunnel naar een vliegtuig, aan de omstandigheden in de krabnevel.

Terwijl de knik in de nevelstraal optreedt over een periode van een paar jaar, het laboratoriumexperiment creëert een jet in één nanoseconde (miljardste van een seconde), die zich vervolgens vijf tot zes nanoseconden voortplant. Li lacht als hij kijkt naar de snelheid van de experimenten:"Je moet dat genereren, diagnosticeren dat, karakteriseren dat, kwantificeer dat in deze periode!"

Om de magnetische velden te meten die door het experiment worden gegenereerd, Li gebruikte een mono-energetische protonradiografie (MPR) diagnostiek die in 2005 door zijn afdeling was uitgevonden, hem toestaan, door de afbuiging van de protonen, om een ​​röntgenfoto van de velden te maken. Met de kwantitatieve metingen in de hand, hij heeft kunnen bewijzen dat het straalgedrag van de nevel wordt bepaald door zwakke magnetische velden langs de straal, die de structuur grotendeels recht houden, en andere magnetische velden die rond de jet cirkelen, die de instabiliteit creëren die verantwoordelijk is voor de richtingsverandering. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

HEDP-divisiehoofd Richard Petrasso merkte het belang van Li's werk op:"Door zijn begrip van instabiliteiten en zijn ontwikkeling van de MPR-diagnose om tijdelijke magnetische velden in het laboratorium in kaart te brengen, Chikang heeft kunnen onderzoeken en uitleggen, Voor de eerste keer, zulke raadselachtige verschijnselen als de jetting in de Krabnevel."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.