Físicos do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) observaram pela primeira vez diretamente um fenômeno que anteriormente havia sido apenas hipotetizado. O fenomeno, instabilidades plasmóides que ocorrem durante a reconexão magnética colisional, tinha até este ano apenas sido observada indiretamente usando tecnologia de sensoriamento remoto. Em um artigo publicado na edição de agosto de 2016 da Cartas de revisão física , Os físicos do PPPL relatam que criaram o fenômeno em um ambiente de laboratório onde puderam medi-lo diretamente e confirmar sua existência na escala de elétrons, que descreve a amplitude de movimento dos elétrons e a rapidez com que se movem. Esta pesquisa foi financiada pelo Office of Science do DOE e pela Divisão de Heliofísica da NASA.

As instabilidades plasmáticas criam bolhas magnéticas dentro do plasma, gás superquente cujos átomos se separaram em elétrons e núcleos atômicos. As bolhas magnéticas, então, causam uma rápida reconexão magnética, quando as linhas do campo magnético de um plasma se separam e se unem novamente, liberando grandes quantidades de energia. Até agora, físicos da NASA e de outras instituições só foram capazes de confirmar diretamente a existência dessas instabilidades em plasmas sem colisão, como aqueles que cercam a Terra na atmosfera superior, em que as partículas de plasma não colidem com frequência.

Os cientistas não foram capazes de confirmar a existência de instabilidades plasmóides em plasmas colisionais, em que as partículas freqüentemente colidem, porque esses plasmas ocorrem no espaço sideral, longe da Terra. Plasmas colisionais, como os da superfície das estrelas, estão tão distantes que os cientistas têm dificuldade em medi-los diretamente. Mas físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e de outros lugares previram sua existência anos atrás.

Os cientistas obtiveram, Contudo, evidência indireta de instabilidades plasmóides no espaço sideral. Usando telescópios e espectroscópios, bem como instalações de fusão como o antigo dispositivo principal do PPPL conhecido como National Spherical Torus Experiment (NSTX), que já foi atualizado, os cientistas tiraram fotos e analisaram a luz que indicava a existência de instabilidades. Mas sem medições diretas, eles não foram capazes de confirmar que as instabilidades existiam.

"Essas descobertas são significativas porque os dados coletados em experimentos anteriores de reconexão magnética envolvendo plasma sem colisão não se aplicam aos grandes, plasmas colisionais encontrados em todo o espaço, "disse Hantao Ji, um professor do Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton, ilustre bolsista do PPPL, e coautor do artigo. "Os cientistas há muito tempo têm dificuldade em estudar esses plasmas porque é difícil criar as condições necessárias na Terra, e não podemos simplesmente colocar sondas diretamente nas estrelas. Agora temos um vislumbre de seu funcionamento. "

Durante a pesquisa, O autor principal e estudante de graduação Jonathan Jara-Almonte e a equipe usaram um dispositivo PPPL conhecido como Magnetic Reconnection Experiment (MRX). Ao contrário de experimentos anteriores, Jara-Almonte e sua equipe usaram um plasma feito de átomos de argônio, ao invés de hidrogênio, deutério ou hélio. Usando argônio, eles encontraram, permitiu-lhes produzir condições para a reconexão colisional dentro do plasma mais facilmente.

Além de confirmar a existência de instabilidades plasmóides em plasmas colisionais em reconexão, a pesquisa mostrou que podem surgir instabilidades mesmo quando um plasma não conduz bem a eletricidade, uma condição conhecida como tendo um baixo número de Lundquist que os cientistas pensaram que impediria o desenvolvimento do plasmóide. Esta foi uma descoberta surpreendente, já que os cientistas há muito previram que os plasmóides se formariam apenas quando um plasma conduzisse bem a eletricidade.

"O quadro geral é que esses resultados levantam algumas questões sobre a teoria da instabilidade plasmóide que ainda não foram respondidas, "disse Jara-Almonte." Os resultados levantam questões sobre o que realmente está acontecendo em outros sistemas. "

O experimento MRX também confirmou que os plasmóides aceleram a taxa em que ocorre a reconexão - a primeira vez que o efeito foi observado em um ambiente de colisão. Compreender como a reconexão rápida ocorre é importante porque pode afetar a Terra de maneiras dramáticas. Quando a reconexão acontece na superfície do sol, bolhas enormes de plasma disparam para o espaço e podem colidir com o campo magnético da Terra, criando tempestades geomagnéticas que ameaçam os satélites de comunicação e as redes de eletricidade.