110万焦耳紫外激光能量：揭示恒星演化和“宇宙时钟”

研究人员开发了一种方法来测量物质在最高压力下的基本特性，这种方法是在受控的实验室实验中获得的。

利用世界上能量最高的激光系统——国家点火装置(NIF)的能量，一个国际小组开发了一种方法，在迄今为止在受控实验室实验中获得的最高压力下，测量物质的基本性质，例如状态方程。

这些结果与巨型行星的核心条件、棕矮星(失败恒星)的内部、白矮星的碳外壳以及许多应用科学项目有关。

该小组由能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员领导，成员包括美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家。

他们的论文发表在2020年8月5日的《自然》杂志上。

根据作者的说法，与白矮星包络的重叠特别显著——这项新研究为这一领域的物质基本性质提供了实验基准。

这一结果将最终导致白矮星模型的改进，白矮星代表了宇宙中大多数恒星进化的最后阶段。

它们是最古老的恒星物体，因此它们的温度和可预测的生命周期使它们能够像“宇宙钟”一样工作，帮助确定宇宙和附近恒星和星系的年龄。

数十亿年后，太阳和其他中等质量和低质量的恒星将经历一系列膨胀和收缩，最终形成白矮星——这些恒星的命运是耗尽了它们的核燃料，坍缩成碳和氧的热的、超致密的混合物。

“我们第一次能够在这些恒星中发现的极端条件下获取数据，这在实验室中是无法实现的，”参与这项研究的早期提案的SLAC高能密度部门主任齐格弗里德·格伦泽(Siegfried Glenzer)说。

“通过结合我们在各个领域的专业知识，我们可以构建与数据相符的状态方程模型。

它缩小了用来描述白矮星行为的模型的范围，开辟了一个必须完成的全新工作领域。

为了解决与白矮星和各种实验室研究项目相关的极端压力下的状态方程模型中的分歧，科学家们在称为“热DQ”的一种不同寻常的白矮星的外层碳层条件下进行了第一次物质的实验室研究

这项研究将固体碳氢化合物样品置于100至450兆巴(地球大气压力的1亿至4.5亿倍)的压力下，以确定高温DQ对流层的状态方程——压力和压缩之间的关系。

这是实验室状态方程测量中获得的最高压力。

该论文的第一作者、LLNL物理学家安妮·克里彻说:“白矮星为恒星物理模型提供了重要的测试，但是在这些极端条件下的状态方程模型基本上没有经过测试。

Kritcher补充说:“NIF可以复制从行星和棕矮星的核心到太阳中心的条件。

”“在NIF实验中，我们还能够推导出沿激波胡戈尼特曲线的不透明度(胡戈尼特曲线是在强激波压缩下材料压力和密度增加的曲线图)。

这是研究恒星结构和演化的必要组成部分。