La reconexión magnética se genera mediante la irradiación del láser LFEX en la micro-bobina. La salida de partículas acelerada por la reconexión magnética se evalúa utilizando varios detectores. Como ejemplo de los resultados, se observaron salidas de protones con distribuciones simétricas. Crédito: Universidad de Osaka
Los científicos de la Universidad de Osaka utilizan pulsos de láser extremadamente intensos para crear magnetizadosplasma condiciones comparables a las que rodean un calabozo, estudio que puede ayudar a explicar los aún misteriosos rayos X que pueden emitirse desde algunos cuerpos celestes.
Una de las instalaciones de láser de petavatios más grandes del mundo, LFEX, ubicada en el Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka. Crédito: Universidad de Osaka
La ingeniería láser de la Universidad de Osaka ha utilizado con éxito explosiones láser cortas pero extremadamente potentes para generar la reconexión del campo magnético dentro de un plasma. Este trabajo puede conducir a una teoría más completa de la emisión de rayos X de objetos astronómicos como los agujeros negros.
Además de estar sujeta a fuerzas gravitacionales extremas, la materia devorada por un agujero negro también puede ser golpeada por un calor intenso y campos magnéticos. Los plasmas, un cuarto estado de la materia más caliente que los sólidos, líquidos o gases, están hechos de protones y electrones cargados eléctricamente que tienen demasiada energía para formar átomos neutros. En cambio, rebotan frenéticamente en respuesta a los campos magnéticos. Dentro de un plasma, la reconexión magnética es un proceso en el que las líneas retorcidas del campo magnético se “rompen” repentinamente y se cancelan entre sí, lo que resulta en la rápida conversión de energía magnética en energía cinética de partículas. En las estrellas, incluido nuestro sol, la reconexión es responsable de gran parte de la actividad coronal, como las erupciones solares. Debido a la fuerte aceleración, las partículas cargadas en el disco de acreción del agujero negro emiten su propia luz, generalmente en la región de rayos X del espectro.
Para comprender mejor el proceso que da lugar a los rayos X observados procedentes de los agujeros negros, los científicos de la Universidad de Osaka utilizaron intensos pulsos de láser para crear condiciones extremas similares en el laboratorio. “Pudimos estudiar la aceleración de alta energía de electrones y protones como resultado de la reconexión magnética relativista”, dice el autor principal Shinsuke Fujioka. “Por ejemplo, el origen de la emisión del famoso agujero negro Cygnus X-1, puede entenderse mejor”.
Se muestran el campo magnético generado dentro de la micro-bobina (izquierda) y las líneas del campo magnético correspondientes a la reconexión magnética (derecha). La geometría de las líneas de campo cambió significativamente durante la reconexión (superior) y después (inferior). El valor máximo del campo magnético se midió en 2100 T en nuestro experimento. Crédito: Universidad de Osaka
Sin embargo, este nivel de intensidad de luz no se obtiene fácilmente. Por un breve instante, el láser requirió dos petavatios de potencia, equivalente a mil veces el consumo eléctrico de todo el globo. Con el láser LFEX, el equipo pudo lograr campos magnéticos máximos con la asombrosa cifra de 2.000 telsas. A modo de comparación, los campos magnéticos generados por una máquina de resonancia magnética para producir imágenes de diagnóstico son típicamente de alrededor de 3 teslas, y el campo magnético de la Tierra es de 0,00005 teslas. Las partículas del plasma se aceleran a un grado tan extremo que es necesario considerar los efectos relativistas.
“Anteriormente, la reconexión magnética relativista solo podía estudiarse mediante simulación numérica en una supercomputadora. Ahora, es una realidad experimental en un laboratorio con potentes láseres ”, dice el primer autor King Fai Farley Law. Los investigadores creen que este proyecto ayudará a dilucidar los procesos astrofísicos que pueden ocurrir en lugares del Universo que contienen campos magnéticos extremos.
Referencia: “Reconexión magnética relativista en un laboratorio de láser para probar un mecanismo de emisión de un sistema de agujero negro de estado duro” por KFF Law, Y. Abe, A. Morace, Y. Arikawa, S. Sakata, S. Lee, K. Matsuo, H. Morita, Y. Ochiai, C. Liu, A. Yogo, K. Okamoto, D. Golovin, M. Ehret, T. Ozaki, M. Nakai, Y. Sentoku, JJ Santos, E. d’Humières, Ph . Korneev y S. Fujioka, 3 de septiembre de 2020, Revisión física E.
DOI: 10.1103 / PhysRevE.102.033202
