Fig.1:Una de las instalaciones de láser de petavatios más grandes del mundo, LFEX, ubicado en el Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka. Crédito:Universidad de Osaka
Investigadores del Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka han utilizado con éxito cortos, pero explosiones de láser extremadamente poderosas 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 sometido a fuerzas gravitacionales extremas, la materia que es devorada por un agujero negro también puede ser golpeada por un calor intenso y campos magnéticos. 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 lugar de, 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, resultando en la rápida conversión de energía magnética en energía cinética de partículas. En 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 provenientes 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 ".
Fig.2:La reconexión magnética se genera mediante la irradiación del láser LFEX en la microbobina. 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
Este nivel de intensidad de luz no se obtiene fácilmente, sin embargo. Por un breve instante el láser requería dos petavatios de potencia, equivalente a mil veces el consumo eléctrico de todo el mundo. Con el láser LFEX, el equipo pudo lograr campos magnéticos máximos con un alucinante 2, 000 telsas. Para comparacion, los campos magnéticos generados por una máquina de resonancia magnética para producir imágenes de diagnóstico son típicamente alrededor de 3 teslas, y el campo magnético de la Tierra es un miserable 0,00005 teslas. Las partículas del plasma se aceleran a un grado tan extremo que es necesario considerar los efectos relativistas.
Fig.3:El campo magnético generado dentro de la microbobina (izquierda), y se muestran 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 2, 100 T en nuestro experimento. Crédito:Universidad de Osaka
"Previamente, La reconexión magnética relativista solo podría 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 suceder en lugares del Universo que contienen campos magnéticos extremos.
