Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

X-ray laser takes aim at cosmic mystery

13.12.2012
An international collaboration including researchers from Lawrence Livermore National Laboratory has refined a key process in understanding extreme plasmas such as those found in the sun, stars, at the rims of black holes and galaxy clusters.

In short, the team identified a new solution to an astrophysical phenomenon through a series of laser experiments.


A photograph of the instrument setup for an astrophysics experiment at the SLAC's Linac Coherent Light Source (LCLS), a powerful X-ray laser. The experiment was conducted in the Soft X-ray hutch using this electron beam ion trap, or EBIT, built at the Max Planck Institute in Heidelberg, Germany. Photo by Jose R. Crespo Lopez-Urrutia, Max Planck Institute for Nuclear Physics

In the new research, appearing in the Dec. 13 edition of the journal Nature, scientists looked at highly charged iron using the Linac Coherent Light Source (LCLS) free-electron laser. Highly charged iron produces some of the brightest X-ray emission lines from hot astrophysical objects, including galaxy clusters, stellar cornea and the emission of the sun.

The experiment helped scientists understand why observations from orbiting X-ray telescopes do not match theoretical predictions, and paves the way for future X-ray astrophysics research using free-electron lasers such as LCLS. LCLS allows scientists to use an X-ray laser to measure atomic processes in extreme plasmas in a fully controlled way for the first time.

The highly charged iron spectrum doesn't fit into even the best astrophysical models. The intensity of the strongest iron line is generally weaker than predicted. Hence, an ongoing controversy has emerged whether this discrepancy is caused by incomplete modeling of the plasma environment or by shortcomings in the treatment of the underlying atomic physics.

"Our measurements suggest that the poor agreement is rooted in the quality of the underlying atomic wave functions rather than in insufficient modeling of collision processes," said Peter Beiersdorfer, a physicist at Lawrence Livermore and one of the initiators of the project.

Greg Brown, a team member from Livermore, said: "Measurements conducted at the LCLS will be important for interpreting X-ray emissions from a plethora of sources, including black holes, binary stars, stellar coronae and supernova remnants, to name a few."

Many astrophysical objects emit X-rays, produced by highly charged particles in superhot gases or other extreme environments. To model and analyze the intense forces and conditions that cause those emissions, scientists use a combination of computer simulations and observations from space telescopes, such as NASA's Chandra X-ray Observatory and the European Space Agency's XMM-Newton. But direct measurements of those conditions are hard to come by.

In the LCLS experiments, the focus was on plus-16 iron ions, a supercharged form of iron. The iron ions were created and captured using a device known as an electron beam ion trap, or EBIT. Once captured, their properties were probed and measured using the high-precision, ultra brilliant LCLS X-ray laser.

Some collaborators in the experiments have already begun working on new calculations to improve the atomic-scale astrophysical models, while others analyze data from followup experiments conducted at LCLS in April. If they succeed, LCLS may see an increase in experiments related to astrophysics.

"Almost everything we know in astrophysics comes from spectroscopy," said team member Maurice Leutenegger, of NASA's Goddard Space Flight Center, who participated in the study. Spectroscopy is used to measure and study X-rays and other energy signatures, and the LCLS results are valuable in a "wide variety of astrophysical contexts," he said.

The EBIT instrument used in the experiments was developed at the Max Planck Institute for Nuclear Physics and will be available to the entire community of scientists doing research at the LCLS. Livermore has been a pioneer in EBITs. Various EBIT devices have been operational at LLNL for more than 25 years. This was the first time that an EBIT was coupled to an X-ray laser, opening up an entirely new venue for astrophysics research, according to Beiersdorfer.

Researchers from SLAC National Accelerator Laboratory; the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, Germany; NASA Goddard Space Flight Center; the Center for Free-Electron Laser Science; GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research; and Giessen, Bochum, Erlangen-Nuremberg and Heidelberg universities in Germany; Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology at SLAC; and TRIUMF in Canada also collaborated in the LCLS experiments.

Founded in 1952, Lawrence Livermore National Laboratory provides solutions to our nation's most important national security challenges through innovative science, engineering and technology. Lawrence Livermore National Laboratory is managed by Lawrence Livermore National Security, LLC for the U.S. Department of Energy's National Nuclear Security Administration.

Anne Stark | EurekAlert!
Further information:
http://www.llnl.gov

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht New record in materials research: 1 terapascals in a laboratory
22.07.2016 | Universität Bayreuth

nachricht Mapping electromagnetic waveforms
22.07.2016 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert

Das moderne Höhen-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) wird auch in Zukunft für Projekte zur Atmosphären- und Erdsystemforschung eingesetzt werden können: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt Fördergelder von mehr als 11 Millionen Euro für die nächste Phase des HALO Schwerpunktprogramms (SPP 1294) in den kommenden drei Jahren. Die Universität Leipzig ist neben der Goethe-Universität Frankfurt am Main und der Technischen Universität Dresden federführend bei diesem DFG-Schwerpunktprogramm.

Die Universität Leipzig wird von der Fördersumme knapp 6 Millionen Euro zur Durchführung von zwei Forschungsprojekten mit HALO sowie zur Deckung der hohen...

Im Focus: Mapping electromagnetic waveforms

Munich Physicists have developed a novel electron microscope that can visualize electromagnetic fields oscillating at frequencies of billions of cycles per second.

Temporally varying electromagnetic fields are the driving force behind the whole of electronics. Their polarities can change at mind-bogglingly fast rates, and...

Im Focus: Rekord in der Hochdruckforschung: 1 Terapascal erstmals erreicht und überschritten

Einem internationalen Forschungsteam um Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, im Labor einen Druck von 1 Terapascal (= 1.000.000.000.000 Pascal) zu erzeugen. Dieser Druck ist dreimal höher als der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Die in 'Science Advances' veröffentlichte Studie eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für die Physik und Chemie der Festkörper, die Materialwissenschaft, die Geophysik und die Astrophysik.

Extreme Drücke und Temperaturen, die im Labor mit hoher Präzision erzeugt und kontrolliert werden, sind ideale Voraussetzungen für die Physik, Chemie und...

Im Focus: Graphen von der Rolle: Serienfertigung von Elektronik aus 2D-Nanomaterialien

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Struktur, wird seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 als ein möglicher Werkstoff der Zukunft gehandelt: Sein geringes Gewicht, die extreme Festigkeit, vor allem aber seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit wecken Hoffnungen, Graphen bald für vollkommen neue Geräte und Technologien einsetzen zu können. Einen ersten Schritt gehen jetzt die Forscher im EU-Forschungsprojekt »HEA2D«: Ziel ist es, das 2D-Nanomaterial von einer Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile zu übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und opto-elektronischer Komponenten auf Graphenbasis möglich werden.

Besonders interessiert an hochleistungsfähiger Elektronik aus 2D-Materialien ist die Automobilindustrie, die diese in Schaltern mit transparenten Leiterbahnen,...

Im Focus: Menschen können einzelnes Photon sehen

Forscher am Wiener Institut für Molekulare Pathologie (IMP) und an der Rockefeller University in New York wiesen erstmals nach, dass Menschen ein einzelnes Photon wahrnehmen können. Für ihre Experimente verwendeten sie eine Quanten-Lichtquelle und kombinierten sie mit einem ausgeklügelten psycho-physikalischen Ansatz. Das Wissenschaftsjournal “Nature Communications” veröffentlicht die Ergebnisse in seiner aktuellen Ausgabe.

Trotz zahreicher Studien, die seit über siebig Jahren zu diesem Thema durchgeführt wurden, konnte die absolute Untergrenze der menschlichen Sehfähigkeit bisher...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

Ultraschnelle Kalorimetrie: Gesellschaft für thermische Analyse GEFTA lädt zur Jahrestagung

19.07.2016 | Veranstaltungen

Das neue Präventionsgesetz aktiv gestalten

19.07.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Kamera für unsichtbare Felder

22.07.2016 | Physik Astronomie

3-D-Analyse von Materialien: Saarbrücker Forscher erhält renommierten US-Preis für sein Lebenswerk

22.07.2016 | Förderungen Preise

Signale der Hirnflüssigkeit steuern das Verhalten von Stammzellen im Gehirn

22.07.2016 | Biowissenschaften Chemie