El científico investigador principal Chikang Li quiere experimentar con las estrellas. Intrigado por un curioso fenómeno de "retorcimiento" observado en la Nebulosa del Cangrejo, una nube interestelar de gas y polvo que se formó a raíz de una explosión de supernova, ha estado buscando respuestas. Las imágenes del observatorio de rayos X Chandra muestran que un chorro de plasma que sale directamente de la estrella de neutrones en el centro de la nebulosa parece cambiar de dirección cada pocos años. sin cambiar su estructura. ¿Por qué? Los científicos han planteado la hipótesis de que los campos magnéticos con las propiedades adecuadas podrían explicar este comportamiento, pero Li quería pruebas.

"¿Cómo se diseña un experimento en la Tierra para explicar los misterios que están sucediendo? 6, 500 años luz de distancia ¿Y que se extiende a más de 13 años luz de espacio? ”, pregunta.“ La astrofísica tradicional se basa en la observación. Normalmente, después de hacer una observación, construyes un modelo teórico, haces algunas simulaciones numéricas. Pero eso es todo. ¿Cómo puedes ir allí y medir algo? ¿Cómo puedes hacer un experimento para probar este modelo? "

Li ha sido parte del Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del MIT desde que se convirtió en estudiante de posgrado en 1987. Como cofundador y director asociado de la División de Física de Alta Densidad Energética (HEDP) de PSFC, Li ha colaborado regularmente con la Instalación Nacional de Ignición y el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester en la fusión por confinamiento inercial y experimentos astrofísicos de laboratorio. Decidió ver si también podía usar el láser OMEGA del laboratorio para imitar las condiciones en la Nebulosa del Cangrejo. y probar la hipótesis de que los campos magnéticos fueron los responsables del "retorcimiento en el cangrejo".

En lugar de entrenar los múltiples rayos láser de OMEGA en una sola pastilla de combustible de hidrógeno, como lo haría para un experimento de fusión, Li hizo rebotar láseres en dos láminas de 3 x 3 mm articuladas en un ángulo de 60 grados. Usando dos rayos láser para calentar cada lado, generó burbujas de plasma, o penachos. Li sabía que debido a que son muy densos y calientes, estas plumas se expandirían inmediatamente, colisionando en el plano medio entre las dos láminas para formar un chorro.

Li señala que aunque los chorros generados en laboratorio y los chorros astrofísicos tienen escalas de tamaño muy diferentes, la física fundamental puede ser la misma porque los parámetros adimensionales críticos son similares. Como resultado, comparten suficientes propiedades físicas para permitirle a Li escalar sus experimentos de laboratorio, como se haría de un túnel de viento a un avión, a las condiciones en la nebulosa del cangrejo.

Mientras que la torcedura en el chorro de la nebulosa ocurre durante un período de algunos años, el experimento de laboratorio crea un chorro en un nanosegundo (mil millonésima de segundo), que luego se propaga durante cinco a seis nanosegundos. Li se ríe al considerar la velocidad de los experimentos:"Tienes que generar eso, diagnosticar eso, caracterizar eso, ¡cuantifica eso en este período de tiempo! "

Para medir los campos magnéticos generados por el experimento, Li utilizó un diagnóstico de radiografía de protones monoenergéticos (MPR) inventado por su división en 2005, permitiéndole, a través de la deflexión de los protones, hacer una radiografía de los campos. Con las medidas cuantitativas en la mano, ha podido demostrar que el comportamiento del chorro de la nebulosa está gobernado por campos magnéticos débiles a lo largo del chorro, que mantienen su estructura en gran parte recta, y otros campos magnéticos dando vueltas alrededor del chorro, que crean la inestabilidad responsable del cambio direccional. Los resultados se publicaron recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .

El jefe de la división de HEDP, Richard Petrasso, señaló la importancia del trabajo de Li:"A través de su comprensión de las inestabilidades y su desarrollo del diagnóstico MPR para mapear campos magnéticos transitorios en el laboratorio, Chikang ha podido explorar y explicar, por primera vez, fenómenos tan desconcertantes como los chorros en la Nebulosa del Cangrejo ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.