Pesquisadores criaram uma versão em miniatura das ondas de choque de supernovas em um laboratório aqui na Terra para resolver um mistério cósmico de longa data.
Quando as estrelas morrem e explodem em supernovas, elas criam ondas de choque que emanam através do plasma circundante. Essas poderosas ondas de choque explodem raios cósmicos, ou partículas altamente energéticas, no universo. As ondas agem quase como aceleradores de partículas, empurrando essas partículas tão rapidamente que se aproximam da velocidade da luz. No entanto, os cientistas ainda não entenderam exatamente como e por que as ondas de choque aceleram essas partículas.
“Esses sistemas são fascinantes, mas, por estarem tão distantes, é difícil estudá-los”, disse Frederico Fiuza, cientista sênior do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia, que liderou o novo estudo.
Então, para estudar melhor essas ondas de choque cósmicas, os cientistas as trouxeram para a Terra. Bem, não literalmente, mas os pesquisadores criaram uma versão reduzida dos remanescentes de supernovas. “Não estamos tentando criar remanescentes de supernovas no laboratório, mas podemos aprender mais sobre a física dos choques astrofísicos lá e validar modelos”, disse Fiuza no comunicado.
Fiuza e seus colegas trabalharam para criar uma onda de choque rápida e difusa que poderia imitar os choques que se seguem a uma supernova. Os cientistas trabalharam no National Ignition Facility, um departamento do Departamento de Energia do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia. Nesta instalação, os pesquisadores dispararam lasers poderosos em placas de carbono para criar dois fluxos de plasma, direcionados um ao outro. Quando os fluxos de plasma colidiram, eles criaram uma onda de choque “em condições semelhantes a um choque remanescente de supernova”, segundo o comunicado. Os cientistas observaram o experimento usando a tecnologia óptica e de raios-X.
Ao estudar um análogo em miniatura do fenômeno cósmico aqui na Terra, os pesquisadores verificaram que o choque era capaz de acelerar elétrons quase à velocidade da luz. No entanto, permanece o mistério de como exatamente esses elétrons atingiram essas velocidades, o que levou os cientistas a recorrer à modelagem por computador.
“Não podemos ver os detalhes de como as partículas obtêm sua energia, mesmo nos experimentos, muito menos em observações astrofísicas, e é aí que as simulações realmente entram em cena”, disse Anna Grassi, coautora da nova pesquisa também na SLAC, disse na mesma declaração.
Agora, enquanto o mistério cósmico das partículas aceleradas da onda de choque permanece, os modelos de computador criados por Grassi revelaram uma solução possível. De acordo com esses modelos, Grassi desenvolveu, campos eletromagnéticos turbulentos dentro da onda de choque poderiam acelerar os elétrons às velocidades observadas.
Fiuza, Grassi e seus colegas continuarão investigando os raios X emitidos pelos elétrons acelerados e aprimorando suas simulações por computador, de acordo com o comunicado. Outras pesquisas futuras estudarão prótons com carga positiva, além dos elétrons estudados neste trabalho, atingidos pela onda de choque.
Publicado em 13/06/2020 21h15
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