Fig.1:Uma das maiores instalações de laser petawatt do mundo, LFEX, localizado no Instituto de Engenharia de Laser da Universidade de Osaka. Crédito:Universidade de Osaka
Pesquisadores do Instituto de Engenharia de Laser da Universidade de Osaka usaram com sucesso as curtas, mas explosões de laser extremamente potentes para gerar a reconexão do campo magnético dentro de um plasma. Este trabalho pode levar a uma teoria mais completa da emissão de raios-X de objetos astronômicos como buracos negros.
Além de estar sujeito a forças gravitacionais extremas, a matéria sendo devorada por um buraco negro também pode ser golpeada por intenso calor e campos magnéticos. Plasmas, um quarto estado de matéria mais quente do que sólidos, líquidos, ou gases, são feitos de prótons e elétrons eletricamente carregados que têm energia demais para formar átomos neutros. Em vez de, eles saltam freneticamente em resposta a campos magnéticos. Dentro de um plasma, a reconexão magnética é um processo no qual as linhas de campo magnético torcidas de repente "estalam" e se cancelam, resultando na rápida conversão de energia magnética em energia cinética das partículas. Nas estrelas, incluindo nosso sol, a reconexão é responsável por grande parte da atividade coronal, como erupções solares. Devido à forte aceleração, as partículas carregadas no disco de acreção do buraco negro emitem sua própria luz, geralmente na região do espectro de raios-X.
Para entender melhor o processo que dá origem aos raios-X observados provenientes de buracos negros, cientistas da Universidade de Osaka usaram pulsos de laser intensos para criar condições extremas semelhantes no laboratório. "Pudemos estudar a aceleração de alta energia de elétrons e prótons como resultado da reconexão magnética relativística, "diz o autor sênior Shinsuke Fujioka." Por exemplo, a origem da emissão do famoso buraco negro Cygnus X-1, pode ser melhor compreendido. "
Fig.2:A reconexão magnética é gerada pela irradiação do laser LFEX na micro-bobina. A saída de partículas acelerada pela reconexão magnética é avaliada usando vários detectores. Como exemplo dos resultados, foram observados fluxos de saída de prótons com distribuições simétricas. Crédito:Universidade de Osaka
Este nível de intensidade de luz não é facilmente obtido, Contudo. Por um breve instante, o laser exigia dois petawatts de potência, equivalente a mil vezes o consumo elétrico de todo o globo. Com o laser LFEX, a equipe foi capaz de atingir picos de campos magnéticos com 2, 000 telsas. Para comparação, os campos magnéticos gerados por uma máquina de ressonância magnética para produzir imagens de diagnóstico são normalmente em torno de 3 teslas, e o campo magnético da Terra é desprezível 0,00005 teslas. As partículas do plasma são aceleradas a um grau tão extremo que os efeitos relativísticos precisam ser considerados.
Fig.3:O campo magnético gerado dentro da micro-bobina (esquerda), e as linhas do campo magnético correspondentes à reconexão magnética (direita) são mostradas. A geometria das linhas de campo mudou significativamente durante a reconexão (superior) e após a reconexão (inferior). O valor de pico do campo magnético foi medido como sendo 2, 100 T em nosso experimento. Crédito:Universidade de Osaka
"Anteriormente, a reconexão magnética relativística só poderia ser estudada por meio de simulação numérica em um supercomputador. Agora, é uma realidade experimental em um laboratório com lasers poderosos, "diz o primeiro autor, King Fai Farley Law. Os pesquisadores acreditam que este projeto ajudará a elucidar os processos astrofísicos que podem acontecer em locais do Universo que contêm campos magnéticos extremos.
