As explosões rápidas de rádio (FRB) são um dos maiores mistérios cósmicos do nosso tempo. Eles são explosões extremamente poderosas, mas extremamente breves, da radiação eletromagnética em comprimentos de onda de rádio, descarregando em milissegundos tanta energia quanto 500 milhões de sóis.
Durante anos, os cientistas intrigavam o que poderia estar causando essas breves explosões, detectadas em galáxias milhões para bilhões de anos-luz de distância. Então, em abril de 2020, obtivemos uma liderança muito forte: um breve e poderoso flash de ondas de rádio de algo dentro da Via Láctea – um magnetar.
Isso sugere que pelo menos algumas explosões rápidas de rádio são produzidas por essas estrelas mortas extremamente magnetizadas. Agora, os físicos criaram uma maneira de replicar em um laboratório o que pensamos que acontece nos primeiros estágios dessas explosões insanas, de acordo com a teoria da eletrodinâmica quântica (QED).
“Nossa simulação de laboratório é um análogo em pequena escala de um ambiente de magnetar”, diz o físico Kenan Qu da Universidade de Princeton. “Isso nos permite analisar plasmas de par QED”.
Um magnetar é um tipo de estrela morta chamada uma estrela de nêutrons. Quando uma estrela massiva chega ao final de sua vida útil, ele explode seu material externo e o núcleo, não mais suportado pela pressão externa da fusão nuclear, entra em colapso sob sua própria gravidade para formar um objeto ultra-denso com um poderoso campo magnético . Essa é a estrela de nêutrons.
Algumas estrelas de nêutrons têm um campo magnético ainda mais poderoso. Isso é um magnetar. Não sabemos como eles chegam dessa maneira, mas seus campos magnéticos estão em algum lugar cerca de 1.000 vezes mais poderosos que os de uma estrela normal de nêutrons e um quadrilhão de 80 vezes mais poderoso que o da Terra.
Os cientistas pensam que as explosões rápidas do rádio são resultado da tensão entre o campo magnético, tão poderoso que distorce a forma do magnetar e a pressão interna da gravidade.
Pensa-se também que o campo magnético é responsável por transformar a matéria no espaço ao redor do magnetar em um plasma que consiste em pares de matéria-antimatéria. Esses pares consistem em um elétron carregado negativamente e no pósitron carregado positivamente, e acredita -se que desempenhem um papel na emissão das raras explosões rápidas de rádio que se repetem.
Esse plasma é chamado de plasma de par e é muito diferente da maior parte do plasma do universo. O plasma normal consiste em elétrons e íons mais pesados. Os pares antimateriais da matéria no plasma de pares têm massas iguais e se formam espontaneamente e se aniquilam. O comportamento coletivo dos pares de plasmas é muito diferente do dos plasmas normais.
Como a força dos campos magnéticos envolvidos é tão extrema, Qu e seus colegas criaram uma maneira de criar plasmas de pares em um laboratório por outros meios.
“Em vez de simular um forte campo magnético, usamos um laser forte”, explica Qu.
“Ele converte energia em plasma em par através do que é chamado de cascata QED. O plasma do par muda o pulso do laser para uma frequência mais alta. O resultado emocionante demonstra as perspectivas de criar e observar o plasma QED em laboratórios e possibilitar experimentos para verificar teorias sobre as teorias rápidas Radio explode. ”
A técnica envolve a geração de um feixe de elétrons de alta velocidade, viajando perto da velocidade da luz. Um laser moderadamente poderoso é disparado nesse feixe, e a colisão resultante cria um plasma de par.
Além disso, diminui o plasma resultante. Isso pode resolver um dos problemas encontrados com experimentos anteriores para criar plasmas de pares – observando seu comportamento coletivo.
“Achamos que sabemos quais leis governam seu comportamento coletivo. Mas até que realmente produzimos um par de plasma no laboratório que exibe fenômenos coletivos que podemos investigar, não podemos ter certeza disso”, diz o físico Nat Fisch, da Universidade de Princeton.
“O problema é que o comportamento coletivo nos pares de plasmas é notoriamente difícil de observar. Assim, um grande passo para nós foi pensar nisso como um problema conjunto de observação de produção, reconhecendo que um grande método de observação relaxa as condições sobre o que deve ser Produzido e, por sua vez, nos leva a uma instalação de usuário mais praticável “.
O experimento de observação ainda está para ser conduzido, mas oferece uma maneira de conduzir essas sondas que não foram possíveis antes. Reduz a necessidade de equipamentos extremamente poderosos que podem estar além de nossas capacidades e orçamentos técnicos.
A equipe está atualmente se preparando para testar suas idéias com uma série de experimentos no SLAC National Accelerator Laboratory. Eles esperam que isso os ajude a aprender como os magnetars geram plasmas de pares, como esses pares de plasmas podem produzir explosões rápidas de rádio e identificar o que a física anterior desconhecida pode estar envolvida.
“Em certo sentido, o que estamos fazendo aqui é o ponto de partida da cascata que produz explosões de rádio”, diz o físico Sebastian Meuren, da Universidade de Stanford e do SLAC.
“Se pudéssemos observar algo como uma explosão de rádio no laboratório que seria extremamente emocionante. Mas a primeira parte é apenas observar a dispersão das vigas de elétrons e, uma vez que fizermos isso, melhoraremos a intensidade do laser para chegar a mais alto densidades para realmente ver os pares de elétrons-positron. A idéia é que nosso experimento evoluirá nos próximos dois anos. ”
Portanto, pode demorar um pouco mais até obtermos nossas respostas em explosões rápidas de rádio. Mas se aprendemos alguma coisa ao longo dos anos, é isso desvendar esse mistério fascinante definitivamente vale a pena esperar.
Publicado em 29/05/2022 21h39
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