Ricreare le stelle con il laser: ricercatori tedeschi ottengono condizioni di pressione estreme usando un raggio di fotoni

Un gruppo di ricerca guidato dall‘Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), in collaborazione con l’European XFEL, è riuscito a simulare condizioni estreme simili a quelle che si trovano all’interno di stelle e pianeti utilizzando una tecnologia laser più piccola e accessibile. Questa scoperta è importante perché apre nuove porte alla ricerca sulle alte pressioni e sulle alte temperature, rendendo tali studi più fattibili senza dover ricorrere a laser rari e potenti come quelli della National Ignition Facility (NIF) in California.

Il nuovo metodo prevede il lancio di un impulso laser ultrabreve su un filo di rame spesso 25 micrometri. L’impulso genera un’onda d’urto locale, con elettroni ad alta energia che corrono lungo la superficie del filo. Le onde d’urto si scontrano al centro del filo, creando uno stato momentaneo di estrema pressione e calore che simula condizioni simili a quelle presenti all’interno di pianeti o stelle.

Osservare le onde d’urto con precisione La ricerca è stata resa possibile grazie ai flash di raggi X ultraprecisi dell’XFEL europeo, che hanno permesso al team di catturare “film di raggi X” dettagliati dell’evento. Questa combinazione di laser a impulsi brevi e laser a raggi X ha permesso di osservare dettagli senza precedenti, offrendo una comprensione più chiara del processo in cui le onde d’urto attraversano il filo e creano densità e temperature estreme.

Il team è riuscito a raggiungere una pressione di circa 800 megabar, pari a 800 milioni di volte la pressione atmosferica e a circa 200 volte la pressione che si trova nel nucleo della Terra. Le temperature hanno raggiunto circa 100.000 gradi Celsius, simili alle condizioni della corona di una stella nana bianca. Questi risultati sono importanti per replicare le condizioni astronomiche in un ambiente controllato.

Impatto sull’astrofisica e sulla scienza planetaria

La ricerca ha un potenziale per l’astrofisica, in particolare per la comprensione delle condizioni all’interno di grandi pianeti gassosi come Giove o di esopianeti lontani. La capacità di ricreare ambienti estremi in laboratorio permette agli scienziati di esplorare il comportamento dei materiali in condizioni simili a quelle che si trovano in corpi celesti lontani.

Questo nuovo metodo potrebbe svolgere un ruolo chiave nel far progredire la ricerca sulla fusione nucleare. Fornendo un modo per osservare ciò che accade all’interno delle capsule di combustibile quando vengono colpite da impulsi laser, l’esperimento potrebbe aiutare a perfezionare il processo di generazione dell’energia di fusione, in cui viene prodotta più energia di quella consumata. Questo metodo potrebbe aiutare in modo significativo lo sviluppo di future centrali a fusione.

Il team prevede di estendere l’esperimento a fili fatti di materiali diversi, tra cui ferro e plastica, che contengono elementi comunemente presenti nelle stelle.

“Con il nostro metodo, abbiamo potuto osservare in dettaglio ciò che accade all’interno della capsula quando viene colpita dagli impulsi laser”, dice Cowan, descrivendo gli esperimenti futuri. “Ci aspettiamo che questo possa avere un enorme impatto sulla ricerca di base in questo settore”.