Un equipo de investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), en colaboración con científicos del XFEL europeo, ha recreado y observado con éxito las condiciones extremas que se dan en el interior de las estrellas utilizando un láser mucho más pequeño que el empleado hasta ahora.

Un hilo de cobre, más fino que un cabello humano, desempeña un papel crucial en esta nueva tecnología.

Aumento de la densidad del cobre con láser

En una serie de mediciones precisas, los científicos variaron el tiempo entre el pulso del láser y el paso de los rayos X por el objetivo. Esto les permitió crear una “película de rayos X” detallada del proceso.

El Dr. Toma Toncian, jefe del departamento HIBEF, dijo en un comunicado:

“En primer lugar, el pulso láser interactúa con el alambre y genera una onda de choque local que atraviesa el alambre como una detonación y acaba destruyéndolo. Pero antes de eso, algunos de los electrones de alta energía creados cuando el láser impacta, corren a lo largo de la superficie del alambre”.

El impacto del láser generó electrones de alta energía que calentaron rápidamente la superficie del alambre de cobre, produciendo ondas de choque. Estas ondas de choque convergieron hacia el centro del alambre, creando brevemente presiones y temperaturas extremadamente altas.

Representación artística del alambre en implosión: una fuerte corriente de electrones de alta energía (rosa) calienta la superficie, impulsando así las subsiguientes ondas de choque que comprimen el alambre radialmente. Crédito de imagen: HZDR / T. Toncian

Thomas Cowan, director del HZDR Institute of Radiation Physics e iniciador del consorcio HIBEF, dijo en un comunicado:

“Nuestras simulaciones por ordenador sugieren que hemos alcanzado una presión de 800 megabares.

Eso corresponde a 800 millones de veces la presión atmosférica y 200 veces la presión que prevalece en el interior de la Tierra”.

Las mediciones revelaron que la densidad del cobre en el centro aumentó temporalmente hasta ocho o nueve veces la de su estado normal y frío.

Además, la temperatura se disparó hasta unos increíbles 180.032 grados Fahrenheit (100.000 grados Celsius), similares a las condiciones que se dan en la corona de una estrella enana blanca.

Recreación artística de una estrella enana blanca. Crédito de imagen: NASA, ESA and G. Bacon (STScI)

Más allá de la astrofísica

La nueva técnica de medición desarrollada por el equipo es prometedora no sólo para la astrofísica, sino también para avanzar en otros campos de investigación.

Ulf Zastrau, jefe del grupo HED del XFEL europeo, dijo en un comunicado:

“Nuestro experimento muestra de forma impresionante cómo podemos generar densidades y temperaturas muy elevadas en una amplia variedad de materiales”.

Este avance supone un gran paso adelante para la investigación de la fusión, en la que numerosos equipos y empresas de nueva creación de todo el mundo trabajan para crear centrales eléctricas de fusión utilizando láseres de alto rendimiento.

El concepto implica intensos destellos láser que golpean desde todas las direcciones una cápsula de combustible hecha de hidrógeno congelado, encendiéndola para liberar más energía de la que se introduce inicialmente: un hito esencial para el futuro de la energía sostenible.

Cowan explicó:

“Con nuestro método pudimos observar con detalle lo que ocurre en el interior de la cápsula cuando es golpeada por los pulsos láser.

Esperamos que esto pueda tener un enorme impacto en la investigación básica en este campo”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature Communications.

[FT: hzdr.de]

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