Cientistas da Índia e de Portugal recriaram a turbulência solar em uma mesa usando um pulso de laser ultracurto de alta intensidade para excitar um calor, plasma denso e acompanhou a evolução do campo magnético gigante gerado pela dinâmica do plasma. Isso abre a possibilidade de estudar fenômenos astrofísicos como a evolução das estrelas, no laboratório.

A dinâmica do campo magnético turbulento que explica fenômenos astrofísicos como a evolução das estrelas, até agora, foi obtida apenas por meio de observações por meio de telescópios e satélites. Agora, uma equipe de cientistas da Índia e de Portugal recriou essa turbulência magnética em uma mesa de laboratório, usando um pulso de laser ultracurto de alta intensidade para excitar um plasma denso em uma superfície sólida e acompanhou a evolução extremamente rápida do campo magnético gigante gerado pela dinâmica do plasma. Este estudo inovador será publicado em Nature Communications em 30 de junho.

A turbulência está em toda parte - de xícaras de chá a tokamaks e de jatos de água a sistemas climáticos, é algo que todos nós vemos e experimentamos. Ainda, mesmo depois de séculos de estudo científico sério, a turbulência dos fluidos ainda não é bem compreendida. Embora seja difícil definir simplesmente turbulência, tem muitos recursos reconhecíveis, o mais comum sendo as flutuações em parâmetros como velocidade e pressão, indicando randomização do fluxo.

A turbulência não é totalmente ruim e destrutiva, apesar de fenômenos como turbulência do ar em um vôo durante o mau tempo. Um bom recurso é que permite uma mixagem muito mais rápida do que possível apenas com o normal, difusão lenta. Por exemplo, o açúcar adicionado a uma xícara de chá levaria horas ou dias para se dispersar sem ser perturbado, mas mexer torna o chá turbulento, resultando em uma mistura rápida no nível molecular. A turbulência também ajuda na mistura de combustível e oxigênio para uma combustão eficiente nos motores.

Muito do nosso universo consiste em gás altamente ionizado conhecido como plasma, que muitas vezes pode estar extremamente quente e girando em velocidades inimagináveis. A turbulência em um plasma é muito mais complexa do que em fluidos hidrodinâmicos neutros. Em um ambiente de plasma carregado, o carregado negativamente, elétrons leves e íons pesados ​​positivos respondem em escalas de tempo e comprimento muito diferentes. O movimento dessas espécies carregadas é governado por forças eletromagnéticas e o fluxo de corrente através da dinâmica da partícula de carga leva à geração de campo magnético. Portanto, a aleatoriedade dos campos magnéticos muitas vezes imita a turbulência do fluido nos plasmas.

A equipe de cientistas que lidera este novo estudo descobriu que a turbulência no campo magnético é inicialmente impulsionada pelos elétrons (a um trilionésimo de segundo) e os íons entram e assumem o controle em tempos mais longos. Esta é a primeira vez que uma 'corrida de revezamento' envolvendo duas espécies diferentes foi avistada. Avançar, essas observações de laboratório têm uma semelhança incrível com os dados de satélite nos espectros de campo magnético medidos para plasmas astrofísicos turbulentos no vento solar, fotosfera solar e magnetosheath da Terra. Embora no experimento de laser os elétrons no plasma sejam inicialmente energizados, a resposta íon dominante que surge em momentos posteriores mostra características espectrais semelhantes às dos sistemas de astro. Esses experimentos, portanto, estabelecem conexões claras entre os dois cenários, embora o fator de turbulência no plasma do laboratório seja muito diferente daquele do sistema astrofísico.