Mais de 99% do universo visível existe em um estado superaquecido conhecido como plasma - um gás ionizado de elétrons e íons. O movimento dessas partículas carregadas produz campos magnéticos que formam uma teia magnética interestelar. Esses campos magnéticos são importantes para uma ampla gama de processos, desde a formação de galáxias e a formação de estrelas até o controle do movimento e aceleração de partículas de alta energia como os raios cósmicos - prótons e elétrons que voam pelo universo quase à velocidade da luz.

Em pesquisas anteriores, os cientistas descobriram que, em regiões onde são produzidos elétrons de alta energia, campos magnéticos são intensificados. Mas até agora, a maneira como as partículas energéticas afetam os campos magnéticos não era bem compreendida. Em artigo publicado na capa de Cartas de revisão física em maio, pesquisadores do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia mostram como os elétrons podem amplificar campos magnéticos em intensidades muito maiores do que as conhecidas anteriormente.

O movimento dos elétrons carrega uma corrente elétrica, que produz campos magnéticos. Usualmente, cargas do plasma de fundo interferem nesta corrente movendo-se de forma a cancelá-la, tornando os campos magnéticos fortes difíceis de produzir. Usando simulações numéricas e modelos teóricos, os pesquisadores descobriram que elétrons de alta energia podem realmente expelir o plasma de fundo para criar um buraco, tornando mais difícil para o plasma cancelar sua corrente.

“À medida que a corrente é exposta, fortes campos magnéticos são produzidos que afastam ainda mais o plasma de fundo, criando buracos maiores, deixando mais da corrente exposta, e produzindo campos magnéticos ainda mais fortes, "diz Ryan Peterson, um Ph.D. estudante da Stanford University e SLAC que é o primeiro autor da publicação. "Eventualmente, esses campos magnéticos se tornam tão fortes que dobram os elétrons e os tornam mais lentos. "

Esse processo pode estar potencialmente em jogo nos eventos eletromagnéticos mais brilhantes e energéticos do universo:explosões extremas conhecidas como explosões de raios gama. As observações sugerem que os campos magnéticos devem ser significativamente amplificados por partículas energéticas para produzir a radiação observada, mas, até agora, a forma como o campo é intensificado tem sido um mistério.

"Cada vez que um novo processo fundamental é identificado, pode ter consequências e aplicações importantes em diferentes áreas de pesquisa, "diz Frederico Fiuza, um cientista que trabalhou nesta pesquisa e lidera o grupo de teoria da ciência de alta densidade de energia no SLAC. "Nesse caso, a amplificação do campo magnético por elétrons de alta energia é conhecida por ser importante não apenas para ambientes astrofísicos extremos, como as explosões de raios gama, mas também para aplicações de laboratório baseadas em feixes de elétrons. "

Os pesquisadores estão atualmente trabalhando em novas simulações para entender melhor o papel que esse processo pode desempenhar nas explosões de raios gama. Eles também esperam encontrar maneiras de reproduzi-lo em um experimento de laboratório, o que seria um passo importante no desenvolvimento de fontes compactas de radiação de alta energia. Essas fontes permitiriam aos cientistas tirar fotos da matéria em escala atômica com resolução extremamente alta para aplicações na medicina, biologia e pesquisa de materiais.