Más del 99% del universo visible existe en un estado sobrecalentado conocido como plasma, un gas ionizado de electrones e iones. El movimiento de estas partículas cargadas produce campos magnéticos que forman una red magnética interestelar. Estos campos magnéticos son importantes para una amplia gama de procesos, desde la formación de galaxias y la formación de estrellas hasta el control del movimiento y la aceleración de partículas de alta energía como los rayos cósmicos:protones y electrones que recorren el universo casi a la velocidad de la luz.

En investigaciones anteriores, Los científicos descubrieron que en las regiones donde se producen electrones de alta energía, se intensifican los campos magnéticos. Pero hasta ahora La forma en que las partículas energéticas afectan los campos magnéticos no se entendía bien. En un artículo publicado en la portada de Cartas de revisión física En Mayo, Los investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía muestran cómo los electrones pueden amplificar los campos magnéticos a intensidades mucho más altas de lo que se conocía anteriormente.

El movimiento de los electrones lleva una corriente eléctrica, que produce campos magnéticos. Generalmente, las cargas del plasma de fondo interfieren con esta corriente moviéndose de una manera para cancelarla, haciendo que los campos magnéticos fuertes sean difíciles de producir. Utilizando simulaciones numéricas y modelos teóricos, los investigadores encontraron que los electrones de alta energía pueden expulsar el plasma de fondo para crear un agujero, dificultando que el plasma cancele su corriente.

"A medida que la corriente está expuesta, se producen fuertes campos magnéticos que empujan aún más el plasma de fondo, creando agujeros más grandes, dejando más de la corriente expuesta, y produciendo campos magnéticos aún más fuertes, "dice Ryan Peterson, un doctorado estudiante de la Universidad de Stanford y SLAC que es el primer autor de la publicación. "Finalmente, estos campos magnéticos se vuelven tan fuertes que doblan los electrones y los ralentizan ".

Este proceso podría estar potencialmente en juego en los eventos electromagnéticos más brillantes y energéticos del universo:explosiones extremas conocidas como estallidos de rayos gamma. Las observaciones sugieren que los campos magnéticos deben ser amplificados significativamente por partículas energéticas para producir la radiación observada pero, hasta ahora, la forma en que se intensifica el campo ha sido un misterio.

"Cada vez que se identifica un nuevo proceso fundamental, puede tener importantes consecuencias y aplicaciones en diferentes áreas de investigación, "dice Frederico Fiuza, un científico que trabajó en esta investigación y lidera el grupo de teoría científica de alta densidad de energía en SLAC. "En este caso, Se sabe que la amplificación del campo magnético por electrones de alta energía es importante no solo para entornos astrofísicos extremos, como los estallidos de rayos gamma, sino también para aplicaciones de laboratorio basadas en haces de electrones ".

Los investigadores están trabajando actualmente en nuevas simulaciones para comprender mejor el papel que este proceso puede desempeñar en las explosiones de rayos gamma. También esperan encontrar formas de reproducirlo en un experimento de laboratorio, lo que sería un paso importante en el desarrollo de fuentes de radiación compactas de alta energía. Esas fuentes permitirían a los científicos tomar fotografías de la materia a escala atómica con una resolución extremadamente alta para aplicaciones en medicina. investigación en biología y materiales.