doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.023330
Credibilidade: 999
#Buracos Negros
Um experimento aqui na Terra acaba de replicar em miniatura um dos mais extremos processosastrofísicos.
Os físicos do Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) conseguiram criar jatos colimados que semelham aqueles que erupcionam de estrelas bebês e buracos negros alimentadores.
Nossa versão de laboratório não é nem de longe tão grande ou poderosa quanto as do espaço, que podem se estender por milhões de anos-luz.
Mas os resultados revelaram, pela primeira vez, uma instabilidade de plasma hipotetizada que pode nos ajudar a entender como essas erupções se formam e são lançadas no espaço em velocidades próximas à da luz.”
Esses experimentos mostram que os campos magnéticos são muito importantes para a formação de jatos de plasma”, diz o físico do PPPL Will Fox.”
Agora que podemos ter uma visão do que gera esses jatos, poderíamos, em teoria, estudar jatos astrofísicos gigantes e aprender algo sobre buracos negros.”
Os jatos astrofísicos são algo misterioso.
São fluxos longos e estreitos de plasma que saem dos polos de determinados objetos cósmicos ao longo do eixo de rotação.
Nos buracos negros, que se formam quando o buraco negro está se alimentando, os cientistas acreditam que parte do material que gira em torno do buraco negro é desviado e acelerado ao longo das linhas do campo magnético até os polos, onde é lançado em um jato.
Acredita-se que um mecanismo semelhante esteja operando com as estrelas-bebê, que se alimentam de material de maneira semelhante.
Mas não sabemos realmente os detalhes da formação do jato, o que é uma lacuna bastante significativa na nossa compreensão dos processosastrofísicos.
Liderada pela física do PPPL, Sophia Malko, uma equipe de pesquisa observou agora um mecanismo possível: a equipe queria estudar a interação entre campos magnéticos e plasma, que é um estado de matéria composto de partículas ionizadas.
Para isso, eles empregaram uma técnica conhecida como radiometria de prótons, que usava a deflexão de partículas subatômicas carregadas positivamente para mapear padrões no campo magnético do plasma.
O plasma foi criado ao disparar um laser em um disco de plástico fino.
Enquanto isso, uma mistura de prótons e raios X foi criada ao disparar um laser em uma cápsula de hidrogênio e hélio que sofreu reações nucleares quando aquecida.
Os prótons e os raios X passaram por uma malha de níquel que estava posicionada entre duas bobinas magnéticas poderosas.
Agindo como um extrusor de massas, a malha forçou a luz e as partículas a formarem uma grade de feixes minúsculos.
Distorcidos pelas próprias interações eletromagnéticas do plasma com o campo magnético externo, os feixes de prótons serviram como uma medida do caos interno.
Como os raios X passaram sem impedimentos e sem distorções, eles forneceram um ponto de comparação para o comportamento dos prótons.
O que a equipe observou foi o campo magnético se expandindo para fora sob a pressão do plasma em expansão.
À medida que o plasma continuava sendo empurrado para dentro do campo magnético, começaram a aparecer bolhas e espuma nas bordas, parecendo formas como cogumelos e colunas – muito parecidas com a maneira como o leite frio se enrola e floresce quando você o coloca em um café quente.
“Durante a interação, muitas estruturas se formam onde os campos se encontram com o plasma, porque há diferenças drásticas na temperatura, densidade e força do campo magnético”, explica Malk.”
Finalmente, à medida que o plasma se desprendia de energia, o campo magnético voltava à sua posição, o que, por sua vez, fazia com que o plasma fluísse em um jato longo, fino e colimado, como aqueles que saem de buracos negros.
Essa parte borbulhante e espumante nas bordas do plasma foi a parte realmente interessante, dizem os pesquisadores, um fenômeno conhecido como instabilidade do magneto-Rayleigh-Taylor, uma forma de instabilidade conhecida na dinâmica dos fluidos, sendo a diferença o envolvimento do campo magnético.”
Quando fizemos o experimento e analisamos os dados, descobrimos que tínhamos algo importante”, diz Malko.”
A observação das instabilidades de magneto-Rayleigh Taylor que surgem da interação de campos de plasma e magnéticos já havia sido pensada há muito tempo, mas nunca havia sido observada diretamente até agora.
Essa observação ajuda a confirmar que essa instabilidade ocorre quando o plasma em expansão encontra os campos magnéticos.
Não sabíamos que nossos diagnósticos teriam esse tipo de precisão.”
A observação não tem apenas implicações para aastrofísica.
Os plasmas contidos por campos magnéticos formam a base de um tipo de reator de fusão que, esperam os físicos, poderá um dia fornecer energia limpa e eficiente.
Confinar o plasma dentro do campo magnético é um desafio, mas saber mais sobre como os campos magnético e de plasma interagem nos dá mais informações para aplicarmos na solução de problemas futuros.”
Agora que medimos essas instabilidades com muita precisão, temos as informações de que precisamos para aprimorar nossos modelos e, potencialmente, simular e entender os jatos de astrofísica em um grau mais elevado do que antes”, diz Malko.”
É interessante que os seres humanos possam fazer algo em um laboratório que normalmente existe no espaço.”
Publicado em 17/09/2024 10h16
Artigo original:
Estudo original: