Cientistas da Universidade de Osaka (Japão), da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI (Rússia) e da Universidade de Bordeaux (França) conseguiram, pela primeira vez na história, obter plasma idêntico à substância que deve existir nas proximidades de um buraco negro. A equipe internacional publicou os resultados de sua pesquisa em um artigo na revista Physical Review E.
A análise da radiação Roentgen de objetos espaciais é um dos métodos mais importantes da astrofísica. Os cientistas da MEPhI comentam que os discos de acreção dos buracos negros são uma das fontes dessa radiação. Essencialmente, é a substância que cai sobre o buraco negro, sendo aquecida até o estado de plasma.
Foi precisamente este tipo de plasma que os cientistas de três países produziram no laboratório.
"Por muito tempo, a astrofísica era considerada um domínio de observadores, sendo bastante difícil afetar os fenômenos por ela estudados e ainda mais difícil reproduzi-los. O nosso experimento é inédito porque os parâmetros do plasma obtido não precisam de ajuste de escala, pois correspondem aos parâmetros reais do plasma nas proximidades do buraco negro de sistemas duplos próximos tipo Cygnus X-1", explica o docente do Instituto de Tecnologias de Laser e Plasma da MEPhI Filipp Korneev.
Os cientistas comentam que o fator-chave de formação de fontes de radiação Roentgen deste tipo é um campo magnético forte, cuja indução chega a vários milhares de tesla. O experimento visou verificar o método de formação destes campos magnéticos no plasma, elaborado em conjunto pelo Instituto LaPlas da MEPhI e pelo laboratório CELIA da Universidade de Bordeaux.
"O experimento mostrou que nosso método não só permite criar campos magnéticos quase estáticos ultra-altos de magnitude recorde, mas também modelar o estado do plasma neles com alta densidade da energia da substância e da energia eletromagnética, o que é importante para a moderna astrofísica de laboratório", conta Filipp Korneev.
Os cientistas dizem que o método é baseado no efeito de reflexão de um potente raio laser ao longo da superfície interior espiralada do alvo. No experimento, o alvo era um pedaço enrolado de chapa fina de umas centenas de micrómetros de diâmetro. O impulso laser de cerca de 330 joules de energia e um picossegundo de duração foi quase completamente absorvido pela cavidade do alvo, formando dentro dele um plasma relativista e um campo magnético de mais de dois mil teslas de indução.
"Graças ao fato de um laser bastante potente ter sido focado no alvo por uma duração tão pequena, de somente 10-12 segundos, a potência do impulso resultou ser aproximadamente vinte vezes maior que a potência consumida por todo o sistema energético da Terra. No resultado, no volume do alvo formou-se um plasma com temperatura de bilhões de graus, densidade de 1018 partículas por cm3 e um campo magnético congelado de mais de 2.000 teslas, o que corresponde aos parâmetros do plasma na área ativa das fontes de raios Roentgen", explica Filip Korneev.
O volume do plasma de alta magnetização obtido foi grande o suficiente para possuir as características mais importantes de todo o sistema astrofísico. Os cientistas explicam que foi a geometria do experimento que permitiu isso: dentro do volume do plasma, os campos magnéticos eram direcionados um ao outro de maneira que na área de contato das linhas magnéticas em sentido recíproco ocorria a aniquilação do campo magnético, levando à formação de fluxos de partículas de velocidades próximas à da luz.
O novo método de criação de campos magnéticos superfortes permitirá aperfeiçoar os equipamentos para criação de feixes direcionados de partículas, tornando-os mais precisos e potentes. Semelhantes dispositivos são amplamente usados em ciência experimental, medicina e sistemas de segurança.
A pesquisa foi realizada por uma equipe internacional composta por cientistas do Japão (Universidade de Osaka), França (Universidade de Bordeaux), Alemanha e Rússia na instalação de laser LFEX do Instituto de Engenharia de Laser da Universidade de Osaka.