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沒有辦法觸摸天上的星辰,那就在實驗室裡造一顆

天文學在很大程度上是一門觀測科學。 但科研人員打算在地球上還原恒星內部的物理環境, 複製出超高溫、超高密度的等離子體。

Randy Montoya

美國天體物理學家打算耗資700萬美元, 重建恒星內部的實際環境。 他們希望通過這樣的實驗, 進一步縮小在估算緻密天體——比如白矮星——的大小和年齡時可能產生的誤差。

該計畫已獲得美國能源部核安全管理局的批准, 資金被授予了德州大學, 預計在5年時間內, 一個天體物理學等離子體特性研究中心(CAPP)將被建立起來。 科學家希望能夠通過實驗科學, 來推進天文學的發展。

中心研究者未來進行的實驗, 將在與恒星內部保持一致的極端溫度和密度環境下進行。 在桑迪亞國家實驗室的全球最強X射線源——Z機器配合下, 科研團隊將要製造的, 是超高溫、超高密度的等離子體, 亦即恒星內部的物質。 

該計畫最重要的意義, 是它能夠改變天文學的研究方法。 天體物理學的傳統研究方法主要靠觀測, 實驗也只能在比實際情況縮小很多個數量級的條件下進行。 因此實驗結果很容易和觀測結果不一致。

這種不一致在計算白矮星品質時會表現得非常明顯。 白矮星是恒星的屍體,

它們的品質如果通過不同的方式測量, 會有10%至15%的差異。 而當天文學家進一步使用這些資料進行推算, 比如推算星系的年齡時, 誤差會擴大至幾十億年。

重建恒星內部環境, 能夠讓科學家在實驗室裡獲得一手資料, 結果會更準確。 而只有更準確的資料, 才能消除誤差, 把現有模型的精度提高到新水準。

未來的天體物理學家可能是幸運的, 他們有機會把太陽和恒星放在顯微鏡下仔細觀察。

恒星內部物質製造原理。 Jenna Luecke

參考:https://mcdonaldobservatory.org/news/releases/20180419

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