O plasma da vizinhança de um buraco negro foi obtido em laboratório

buraco negro
© ESA / Hubble

Pela primeira vez, um grupo internacional de pesquisadores da Universidade de Osaka (Japão), da National Research Nuclear University MEPhI (Rússia) e da University of Bordeaux (França) recebeu um plasma idêntico à matéria das proximidades do buraco negro. Os resultados são publicados na revista Physical Review E.
A análise da radiação de raios X de objetos espaciais é um dos métodos mais importantes da astrofísica. Uma das fontes cósmicas de forte radiação de raios-X, conforme explicado por cientistas da National Research Nuclear University MEPhI ( NRNU MEPhI ), são os discos de acreção de buracos negros, que são matéria caindo no buraco e aquecida a um estado de plasma.
Um pequeno volume de plasma com características idênticas à matéria do disco de acreção de um buraco negro foi, pela primeira vez, conseguido ser recriado em laboratório por uma equipe internacional de cientistas, que incluía especialistas do NRNU MEPhI.
"A astrofísica há muito é considerada o lote dos observadores, uma vez que era difícil influenciar os fenômenos que estuda, ou ainda mais reproduzi-los. A singularidade de nosso experimento é que os parâmetros do plasma obtido não precisam ser escalonados, eles correspondem aos parâmetros reais do plasma nas proximidades de de sistemas duplos do tipo Cygnus X-1 ", - observou Philip Korneev, professor associado do Instituto de Laser e Tecnologias de Plasma de NRNU MEPhI.
O fator chave na formação de fontes de raios X desse tipo, segundo os cientistas, é um forte campo magnético, cuja indução atinge vários milhares de Tesla. O objetivo do experimento foi testar o método para criar tais campos magnéticos no plasma, desenvolvido em conjunto por cientistas do Instituto LaPlaz da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI e do laboratório CELIA da Universidade de Bordeaux.
A ideia do método, segundo os cientistas, é baseada no efeito de reflexão de um poderoso feixe de laser ao longo da superfície interna espiral do alvo. Um pedaço enrolado de folha fina com várias centenas de mícrons de diâmetro foi usado como alvo. Um pulso de laser com energia de cerca de 330 Joules e duração de um picossegundo foi quase completamente absorvido na cavidade alvo, criando um plasma relativístico em seu interior e um campo magnético com uma indução de mais de 2 mil Tesla.
"Devido ao fato de um laser bastante poderoso ter sido focado no alvo com uma duração tão curta, apenas 10-12 segundos, a potência do pulso acabou sendo cerca de 20 vezes maior do que o consumo de energia de toda a energia da Terra. Como resultado, um plasma com temperatura de bilhões de graus, uma densidade de 1018 partículas por cm3 e um campo magnético congelado de mais de 2.000 Tesla, que corresponde aos parâmetros do plasma na região ativa das fontes de raios-X ", explicou Philip Korneev.
O volume resultante de plasma quente altamente magnetizado foi grande o suficiente para ter as características essenciais de um sistema astrofísico completo, disseram os cientistas. Segundo eles, isso foi facilitado pela geometria do experimento: dentro do volume do plasma, os campos magnéticos foram direcionados um para o outro de modo que na área de contato das linhas magnéticas opostas ocorresse a aniquilação do campo magnético, levando ao aparecimento de fluxos de partículas com velocidades próximas à velocidade da luz.
O novo método de criação de campos magnéticos superfortes, conforme explicado pelos cientistas do NRNU MEPhI, também permitirá, no futuro, aprimorar a técnica de criação de feixes de partículas direcionadas, tornando-a mais precisa e poderosa. Esses dispositivos são amplamente usados ​​em ciência experimental, medicina e sistemas de segurança.
O estudo foi realizado por uma equipe internacional com a participação de cientistas do Japão (Universidade de Osaka), França (Universidade de Bordeaux), Alemanha e Rússia. O experimento foi realizado nas instalações de laser LFEX do Instituto de Engenharia de Laser da Universidade de Osaka (Japão).
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