Un experimento aquí en la Tierra acaba de replicar uno de los procesos astrofísicos más extremos en miniatura.
Los físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) han logrado crear chorros colimados que se asemejan a los que surgen de las estrellas bebés y de las estrellas en proceso de alimentación. agujeros negros.
Nuestra versión de laboratorio no es tan grande ni tan poderosa como las del espacio, que pueden extenderse por millones de años luzPero los resultados han revelado por primera vez una inestabilidad del plasma que se había planteado durante mucho tiempo y que puede ayudarnos a entender cómo se forman estas erupciones y cómo se lanzan al espacio a velocidades cercanas a la de la luz.
“Estos experimentos muestran que los campos magnéticos son muy importantes para la formación de chorros de plasma”, dice el físico de PPPL Will Fox“Ahora que tenemos una idea más clara de qué genera estos chorros, podríamos, en teoría, estudiar chorros astrofísicos gigantes y aprender algo sobre los agujeros negros”.
Los chorros astrofísicos son Algo misteriosoSon corrientes de plasma largas y estrechas que se disparan desde los polos de ciertos objetos cósmicos a lo largo del eje de rotación.
En los agujeros negros, se forman cuando la agujero negro se está alimentando; los científicos creen que parte del material que gira alrededor del agujero negro se desvía y se acelera a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos, donde es lanzado en un chorro.
Se cree que un mecanismo similar está en funcionamiento con estrellas bebesque se alimentan de materia de manera similar, pero en realidad no conocemos los detalles de la formación del chorro, lo que supone una laguna bastante importante en nuestra comprensión de los procesos astrofísicos.
Dirigido por la física del PPPL Sophia Malko, un equipo de investigación ha observado un posible mecanismo.
El equipo quería estudiar la interacción entre los campos magnéticos y el plasma, que es un estado de la materia Consta de partículas ionizadas. Para ello, emplearon una técnica conocida como radiometría de protones, que utiliza la desviación de partículas subatómicas con carga positiva para mapear patrones en el campo magnético del plasma.
El plasma se creó disparando un láser a un disco de plástico delgado, mientras que una mezcla de protones y rayos X se creó disparando láseres a una cápsula de hidrógeno y helio que experimentó reacciones nucleares al calentarse.
Los protones y los rayos X pasaban a través de una malla de níquel que estaba colocada entre dos potentes bobinas magnéticas. Actuando como una extrusora de pasta, la malla forzó a la luz y a las partículas a formar una cuadrícula de pequeños rayos.
Distorsionados por las propias interacciones electromagnéticas del plasma con el campo magnético externo, los rayos de protones sirvieron como medida del caos interior.Dado que los rayos X pasaban sin obstáculos ni distorsiones, proporcionaban un punto de comparación para el comportamiento de los protones.
Lo que el equipo observó fue que el campo magnético se abultaba hacia afuera bajo la presión del plasma en expansión. A medida que el plasma continuaba empujando hacia el campo magnético, comenzaron a aparecer burbujas y espuma en los bordes, que se parecían a formas como hongos y columnas, muy similares a la forma en que la leche fría se agita y florece cuando se la deja caer en agua caliente. café.
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“Durante la interacción, se forman muchas estructuras donde los campos se encuentran con el plasma porque hay diferencias drásticas en la temperatura, la densidad y la fuerza del campo magnético”, Malko explica“Es un lugar perfecto para que crezcan”.
Finalmente, cuando el plasma se quedó sin energía, el campo magnético volvió a su posición, lo que a su vez provocó que el plasma fluyera en un chorro largo, delgado y colimado, como los que surgen de los agujeros negros.
Ese burbujeo y espuma en los bordes del plasma fue la parte verdaderamente interesante, dicen los investigadores: un fenómeno conocido como inestabilidad magneto-Rayleigh-Taylor, una forma de un fenómeno conocido como inestabilidad magneto-Rayleigh-Taylor. inestabilidad en dinámica de fluidoscon la diferencia de que interviene el campo magnético.
“Cuando hicimos el experimento y analizamos los datos, descubrimos que teníamos algo grande”. Malko dice.
“Durante mucho tiempo se pensó que se producían inestabilidades magneto-Rayleigh Taylor derivadas de la interacción del plasma y los campos magnéticos, pero nunca se habían observado directamente hasta ahora. Esta observación ayuda a confirmar que esta inestabilidad se produce cuando el plasma en expansión se encuentra con los campos magnéticos. No sabíamos que nuestros diagnósticos tendrían ese tipo de precisión. ¡Todo nuestro equipo está encantado!”
La observación no sólo tiene implicaciones para la astrofísica. Los plasmas contenidos en los campos magnéticos constituyen la base de una tipo de reactor de fusión queLos físicos esperan que algún día se pueda proporcionar energía limpia y eficiente.
Confinar el plasma dentro del campo magnético es un desafío; saber más sobre cómo interactúan el plasma y los campos magnéticos nos brinda más información para aplicar a la resolución de problemas futuros.
“Ahora que hemos medido estas inestabilidades con mucha precisión, tenemos la información que necesitamos para mejorar nuestros modelos y potencialmente simular y comprender los chorros astrofísicos en un grado mayor que antes”, Malko dice“Es interesante que los humanos puedan crear en un laboratorio algo que normalmente existe en el espacio”.
La investigación ha sido publicada en Investigación de revisión física.