O mistério de por que os cometas viajando pelo espaço emitem emissões de raios-X foi resolvido graças a uma nova pesquisa realizada por uma equipe que incluiu cientistas da Central Laser Facility (CLF) do STFC e RAL Space.

Os cientistas há muito se perguntam por que os cometas podem irradiar raios-X, dado que os raios X são normalmente associados a objetos quentes como o Sol, mas os cometas estão entre os objetos mais frios do sistema solar.

Quando os cometas viajam pelo sistema solar, eles interagem com a radiação solar, o vento solar e o campo magnético solar. Esta interação produz uma atmosfera visível ou coma ao redor do cometa e a cauda cometária observada, e em alguns casos produz raios-X. Esses raios-X são gerados no lado do cometa voltado para o Sol, onde o vento solar impacta a atmosfera cometária formando um choque de proa.

Para investigar como os raios-X podem ser emitidos por um cometa, uma equipe de cientistas de 15 institutos de pesquisa realizou experimentos na instalação de laser LULI em Paris, onde eles replicaram a interação do vento solar com um cometa.

A equipe do STFC envolvida no projeto foi fundamental na elaboração do modelo científico para a interação do vento solar com o cometa. Isso incluiu o modelo teórico para a geração de turbulência de plasma, a aceleração dos elétrons pela turbulência e a emissão de raios X dos elétrons acelerados. A equipe do STFC também apoiou uma equipe da Universidade de Oxford em simulações numéricas e realizou a fabricação do alvo.

O professor Bob Bingham da CLF liderou a equipe do STFC envolvida no projeto e disse

"Esses resultados experimentais são importantes, pois fornecem evidências laboratoriais diretas de que objetos que se movem através de plasmas magnetizados podem ser locais de aceleração de elétrons - uma situação muito geral na astrofísica que ocorre não apenas em cometas, mas também em magnetosferas planetárias, como a nossa própria Terra, ou mesmo em remanescentes de supernovas, onde o material ejetado se move através do gás interestelar. Os experimentos também confirmam modelos teóricos desenvolvidos pela equipe. "

Outros membros da equipe do STFC incluíam Dr. Raoul Trines e Chris Spindloe do CLF e da instalação espacial RAL do STFC, Dr. Ruth Bamford.

Para o Dr. Raoul Trines da CLF o destaque do projeto foi reproduzir uma força da Natureza

"Como um teórico, acho incrível que seja possível replicar sensivelmente fenômenos astrofísicos em laboratório, para testar a nossa compreensão física do que a Natureza faz ".

Para os experimentos, a equipe de pesquisa disparou feixes de laser em uma folha de plástico, que explodiu, fazendo com que um fluxo de elétrons e íons sejam expelidos, formando um fluxo de alta velocidade de gás ionizado (plasma) como o vento solar. Este 'fluxo de plasma' então impactou em uma esfera sólida, o chamado 'cometa' de laboratório, colocado a quase um centímetro de distância da folha de plástico, lembra o que acontece quando um cometa real passa pelo sistema solar. Foi descoberto que os elétrons são aquecidos a cerca de um milhão de graus no plasma up-stream pela turbulência do plasma.

Esses elétrons quentes são responsáveis ​​pela emissão de raios X, mas apenas na presença de um campo magnético.

Este trabalho também lança luz sobre um mistério dos raios cósmicos conhecido como o problema da injeção. É amplamente reconhecido que se espera que fortes ondas de choque acelerem as partículas a energias muito altas, Contudo, eles exigem uma fonte de partículas rápida o suficiente para atravessar o choque, o problema da injeção. Cada vez que as partículas cruzam o choque, elas ganham energia. Este último experimento demonstra claramente que a turbulência do plasma pode fornecer uma fonte de partículas rápidas que superam o problema da injeção.

Do ponto de vista da ciência espacial, esta pesquisa tem sido importante para entender melhor os mecanismos que criam os raios cósmicos. Os raios cósmicos mais perigosos são as partículas energéticas do Sol ou de fora do sistema solar. Eles podem penetrar até mesmo em paredes grossas, como pequenas balas, e representam um perigo muito sério para os astronautas e para a tecnologia de espaçonaves. Bilhões de libras podem estar em risco devido aos satélites danificados pelo Clima Espacial (como é conhecido). Astronautas em missões de longo prazo fora da magnetosfera terrestre podem receber doses de radiação com risco de vida dessas partículas. Para protegê-los, precisamos entender como essa radiação é criada para que possamos predizê-la e dar avisos ou até mesmo blindar contra ela usando mecanismos semelhantes àquele que a criou.

Um experimento de laboratório como este nos permite testar nossa compreensão de como os raios cósmicos são acelerados a energias tão altas, em um ambiente controlado. Algo que não é fácil de fazer diretamente no espaço.

O artigo foi publicado em Física da Natureza .