Llamarada solar registrada por la NASA. Crédito:NASA
Ondas de choque de alta energía impulsadas por erupciones solares y eyecciones de masa coronal de plasma del sol hacen erupción en todo el sistema solar, desatando tormentas espaciales magnéticas que pueden dañar los satélites, interrumpir el servicio de telefonía celular y apagones de las redes eléctricas en la Tierra. También impulsa las ondas de alta energía el viento solar, plasma que fluye constantemente desde el sol y golpea el campo magnético protector de la Tierra.
Ahora, los experimentos dirigidos por investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) en el Centro de Heliofísica de Princeton han reproducido por primera vez el proceso detrás de la fuente de tales choques. Los hallazgos acortan la brecha entre las observaciones de laboratorio y las naves espaciales y mejoran la comprensión de cómo funciona el universo.
Saltos repentinos
Los experimentos reportado en Cartas de revisión física , mostrar cómo la interacción del plasma, el estado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, o iones:pueden provocar saltos repentinos en la presión del plasma y en la intensidad del campo magnético que pueden acelerar las partículas hasta acercarse a la velocidad de la luz. Dichos choques son "sin colisiones" porque se forman por la interacción de ondas y partículas de plasma más que por colisiones entre las propias partículas.
La investigación produjo una medición del período previo a los choques. "La medición directa es una forma elegante de ver cómo se mueven e interactúan las partículas, "dijo el físico Derek Schaeffer de PPPL y la Universidad de Princeton, quien dirigió la investigación. "Nuestro artículo muestra que podemos emplear un diagnóstico poderoso para estudiar los movimientos de partículas que conducen a los choques".
La investigación, realizado en la instalación de láser Omega en la Universidad de Rochester, produjo un plasma impulsado por láser, llamado plasma de "pistón", que se expandió a una velocidad supersónica de más de un millón de millas por hora a través de un plasma ambiental preexistente. La expansión aceleró los iones en el plasma ambiental a velocidades de aproximadamente medio millón de millas por hora, simulando el precursor de los choques sin colisiones que ocurren en todo el cosmos.
La investigación se desarrolló en varias etapas:
Los investigadores utilizaron un diagnóstico llamado dispersión de Thompson para rastrear estos desarrollos. El diagnóstico detecta la luz láser dispersada por los electrones en el plasma, permitiendo la medición de la temperatura y densidad de los electrones y la velocidad de los iones que fluyen. Los resultados, los autores escriben, muestran que los experimentos de laboratorio pueden probar el comportamiento de las partículas de plasma en el precursor de los choques astrofísicos sin colisión, "y puede complementar, y en algunos casos superar las limitaciones de mediciones similares realizadas por misiones espaciales ".
Meta final
Si bien esta investigación reprodujo el proceso que desencadena las conmociones, el objetivo final es medir las propias partículas aceleradas por choque. Para ese paso, dijo Schaeffer, "El mismo diagnóstico se puede utilizar una vez que desarrollemos la capacidad para impulsar choques lo suficientemente fuertes. Como beneficio adicional, " él añade, "este diagnóstico es similar a cómo las naves espaciales miden los movimientos de partículas en los choques espaciales, para que los resultados futuros se puedan comparar directamente ".
