Als je in de nachtelijke hemel tuurt, veel van wat je ziet is plasma, een soupy amalgaam van ultra-hete atoomdeeltjes. Voor het bestuderen van plasma in de sterren en verschillende vormen in de ruimte heb je een telescoop nodig, maar wetenschappers kunnen het in het laboratorium nabootsen om het nader te onderzoeken.

Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers onder leiding van natuurkundigen Lan Gao van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en Edison Liang van Rice University, heeft voor het eerst een bepaalde vorm van coherente en gemagnetiseerde plasmastraal gecreëerd die het begrip zou kunnen verdiepen van de werking van veel grotere jets die stromen van pasgeboren sterren en mogelijk zwarte gaten - stellaire objecten die zo massief zijn dat ze licht vangen en zowel ruimte als tijd.

"We creëren nu stabiele, supersonisch, en sterk gemagnetiseerde plasmastralen in een laboratorium waarmee we astrofysische objecten op lichtjaren afstand kunnen bestuderen, " zei astrofysicus Liang, co-auteur van het artikel dat de resultaten rapporteert in de Astrofysische journaalbrieven .

Het team heeft de jets gemaakt met behulp van de OMEGA Laser Facility van het University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE). De onderzoekers richtten 20 van OMEGA's individuele laserstralen op een ringvormig gebied op een plastic doelwit. Elke laser creëerde een klein wolkje plasma; terwijl de trekjes zich uitbreidden, ze oefenen druk uit op het binnenste gebied van de ring. Die druk drukte vervolgens een plasmastraal uit die meer dan vier millimeter lang was en creëerde een magnetisch veld met een sterkte van meer dan 100 tesla.

"Dit is de eerste stap in het bestuderen van plasmastralen in een laboratorium, " zei Gao, wie was de primaire auteur van het papier. "Ik ben enthousiast omdat we niet alleen een jet hebben gemaakt. We hebben ook met succes geavanceerde diagnostiek op OMEGA gebruikt om de vorming van de jet te bevestigen en de eigenschappen ervan te karakteriseren."

De diagnostische hulpmiddelen, ontwikkeld met teams van LLE en het Massachusetts Institute of Technology (MIT), de dichtheid van de jet gemeten, temperatuur, lengte, hoe goed het bij elkaar bleef terwijl het door de ruimte groeide, en de vorm van het magnetische veld eromheen. De metingen helpen wetenschappers te bepalen hoe de laboratoriumverschijnselen zich verhouden tot jets in de ruimte. Ze bieden ook een basislijn waaraan wetenschappers kunnen sleutelen om te observeren hoe het plasma zich onder verschillende omstandigheden gedraagt.

"Dit is baanbrekend onderzoek omdat geen enkel ander team met succes een supersonisch, smalstralende straal die zo'n sterk magnetisch veld draagt, zich uitstrekken tot aanzienlijke afstanden, " zei Liang. "Dit is de eerste keer dat wetenschappers hebben aangetoond dat het magnetische veld zich niet alleen rond de jet wikkelt, maar strekt zich ook evenwijdig aan de as van de jet uit, " hij zei.

De onderzoekers hopen hun onderzoek uit te breiden met grotere laserfaciliteiten en andere soorten fenomenen te onderzoeken. "De volgende stap is kijken of een extern magnetisch veld de jet langer en meer gecollimeerd kan maken, ' zei Gao.

"We willen het experiment ook repliceren met behulp van de National Ignition Facility in het Lawrence Livermore National Laboratory, die 192 laserstralen heeft, waarvan de helft kan worden gebruikt om onze plasmaring te maken. Het zou een grotere straal hebben en dus een langere straal produceren dan die geproduceerd met OMEGA. Dit proces zou ons helpen om erachter te komen onder welke omstandigheden de plasmastraal het sterkst is."