Jatos de plasma são produzidos por uma variedade de fontes astrofísicas. Quanto mais extremo o objeto, mais depressa esses jatos podem se mover. Estudá-los à distância já forneceu muitos dados importantes, mas se fosse possível produzi-los em laboratório, saberíamos muito mais sobre eles.
Esta ainda é uma meta ambiciosa para pesquisadores que desejam entender mais sobre fenômenos astrofísicos extremos. No entanto, um avanço significativo foi feito: cientistas conseguiram criar bolas de plasma.
Até agora, análogos de laboratório não tinham partículas suficientes para simular o comportamento complexo desses jatos, mas o novo estudo, publicado este mês na revista Nature Communications, superou essa barreira ao gerar um feixe de plasma de alta densidade com 10 trilhões de pares elétron-pósitron.
“A geração em laboratório de ‘bolas de fogo’ de plasma compostas de matéria, antimatéria e fótons é um objetivo de pesquisa na vanguarda da ciência de alta densidade energética”, disse Charles Arrowsmith, do Departamento de Física da Universidade de Oxford, em um comunicado. “Mas a dificuldade experimental de produzir pares elétron-pósitron em números suficientemente altos limitou, até agora, nossa compreensão a estudos puramente teóricos”.
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Criação de bolas de fogo de plasma em laboratório ajuda a entender os jatos cósmicos
O experimento foi realizado no acelerador Super Proton Synchrotron (SPS) do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN), na Suíça. Prótons de alta energia foram acelerados e colidiram com um alvo atômico, criando um plasma de quarks e glúons, do qual emergiram elétrons e pósitrons.
Essa emissão é notável, pois abre novas possibilidades de estudo para alguns dos jatos mais colossais do Universo, como os de supernovas, colisões de estrelas de nêutrons e buracos negros supermassivos.
A equipe conseguiu modificar a emissão de feixes de matéria e antimatéria, um controle crucial para realizar estudos mais aprofundados e tornar o plasma mais semelhante aos seus equivalentes astrofísicos. “Isso abre uma fronteira inteiramente nova na astrofísica de laboratório, tornando possível sondar experimentalmente a microfísica de explosões de raios gama ou jatos de núcleos galácticos ativos”, disse Arrowsmith.
O professor Gianluca Gregori, principal investigador do experimento, explicou que telescópios de satélite e terrestres não conseguem resolver os detalhes minuciosos de explosões distantes de raios gama e fluxos de núcleos galácticos ativos. Até então, os cientistas dependiam de simulações numéricas. “Essa nova abordagem agora nos permitirá testar as previsões de cálculos teóricos sofisticados, por exemplo, para validar como bolas de fogo cósmicas interagem com o plasma interestelar que existe entre as estrelas”.
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