El misterio de por qué los cometas que viajan a través del espacio emiten emisiones de rayos X se ha resuelto gracias a una nueva investigación realizada por un equipo que incluía personal científico de la Central Laser Facility (CLF) de STFC y RAL Space.

Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo por qué los cometas pueden irradiar rayos X, dado que los rayos X se asocian normalmente con objetos calientes como el Sol, pero los cometas se encuentran entre los objetos más fríos del sistema solar.

Cuando los cometas viajan a través del sistema solar, interactúan con la radiación solar, el viento solar y el campo magnético solar. Esta interacción produce una atmósfera visible o coma alrededor del cometa y la cola cometaria observada. y en algunos casos produce radiografías. Estos rayos X se generan en el lado del cometa hacia el sol, donde el viento solar impacta la atmósfera del cometa formando un arco de choque.

Para investigar cómo se pueden emitir rayos X desde un cometa, un equipo de científicos de 15 institutos de investigación realizó experimentos en la instalación láser LULI en París, donde replicaron la interacción del viento solar con un cometa.

El equipo de STFC involucrado en el proyecto fue fundamental en la elaboración del modelo científico para la interacción del viento solar con el cometa. Esto incluyó el modelo teórico para la generación de turbulencia de plasma, la aceleración de los electrones por la turbulencia y la emisión de rayos X de los electrones acelerados. El equipo de STFC también apoyó a un equipo de la Universidad de Oxford en simulaciones numéricas y llevó a cabo la fabricación del objetivo.

El profesor Bob Bingham de CLF dirigió el equipo de STFC involucrado en el proyecto y dijo

"Estos resultados experimentales son importantes ya que proporcionan evidencia de laboratorio directa de que los objetos que se mueven a través de plasmas magnetizados pueden ser sitios de aceleración de electrones, una situación muy general en astrofísica que tiene lugar no solo en cometas, pero también en magnetosferas planetarias, como nuestra propia Tierra, o incluso en remanentes de supernova, donde el material expulsado se mueve a través del gas interestelar. Los experimentos también confirman los modelos teóricos desarrollados por el equipo ".

Otros miembros del equipo de STFC fueron el Dr. Raoul Trines y Chris Spindloe de CLF y la Dra. Ruth Bamford de la instalación RAL Space de STFC.

Para el Dr. Raoul Trines de CLF, lo más destacado del proyecto fue reproducir una fuerza de la naturaleza.

"Como teórico, me parece sorprendente que sea posible replicar con sensatez los fenómenos astrofísicos en el laboratorio, para poner a prueba nuestra comprensión física de lo que hace la naturaleza ".

Para los experimentos, el equipo de investigación disparó rayos láser sobre una lámina de plástico, que explotó, provocando la expulsión de una corriente de electrones e iones, formando un flujo de alta velocidad de gas ionizado (plasma) como el viento solar. Este 'flujo de plasma' luego impactó en una esfera sólida, el llamado laboratorio 'cometa', colocado a casi un centímetro de la lámina de plástico, se parece a lo que sucede cuando un cometa real pasa por el sistema solar. Se encontró que los electrones se calientan a aproximadamente un millón de grados en el plasma corriente arriba por la turbulencia del plasma.

Estos electrones calientes son responsables de emitir rayos X pero solo en presencia de un campo magnético.

Este trabajo también arroja luz sobre un misterio de rayos cósmicos conocido como el problema de la inyección. Es ampliamente reconocido que se espera que las ondas de choque fuertes aceleren las partículas a energías muy altas, sin embargo, requieren una fuente de partículas lo suficientemente rápida para atravesar el choque, el problema de la inyección. Cada vez que las partículas atraviesan el choque, obtienen energía. Este último experimento demuestra claramente que la turbulencia del plasma puede proporcionar una fuente de partículas rápidas que superen el problema de la inyección.

Desde el punto de vista de la ciencia espacial, esta investigación ha sido importante para comprender mejor los mecanismos que crean los rayos cósmicos. Los rayos cósmicos más peligrosos son las partículas energéticas del Sol o del exterior del sistema solar. Pueden penetrar incluso paredes gruesas como balas diminutas y presentar un peligro muy grave tanto para los astronautas como para la tecnología de las naves espaciales. Miles de millones de libras pueden estar en riesgo debido a que el clima espacial (como se lo conoce) daña los satélites. Los astronautas en misiones a largo plazo fuera de la magnetosfera de la Tierra podrían recibir dosis de radiación potencialmente mortales de tales partículas. Para protegerlos, necesitamos comprender cómo se crea esta radiación para poder predecirla y dar advertencias o incluso protegernos contra ella utilizando mecanismos similares a los que la creó.

Un experimento de laboratorio como este nos permite probar nuestra comprensión de cómo los rayos cósmicos se aceleran a energías tan altas, en un ambiente controlado. Algo que no es fácil de hacer directamente en el espacio.

El artículo ha sido publicado en Física de la naturaleza .