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Um a cada dez buracos negros supermassivos no centro de galáxias emitem jatos de plasma que podem viajar em velocidades próximas a da luz. No entanto, é difícil saber como eles se formam e quais são os seus efeitos a partir de observações astronômicas e simulações de computador, assim, pesquisadores os recriaram na Terra.
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Para quem tem pressa:
- Acredita-se que os jatos de plasma sejam formados por pares de elétrons e pósitrons, mas os pesquisadores ainda não haviam conseguido gerar uma quantidade suficiente dessas partículas para recriar esse plasma aqui na Terra;
- No entanto, usando instalações do CERN, os pesquisadores conseguiram criar o suficiente desses pares para que o plasma se sustentasse;
- Reproduzir o plasma ejetado por buracos negros aqui na Terra permite entender melhor a microfísica desses fenômenos astrofísicos para além das observações astronômicas e simulações de computador.
Os cientistas acreditam que os jatos de plasma são formados, entre outras coisas, por pares de elétrons e pósitrons, os elétrons da antimatéria, moldando a dinâmica e quantidade de energia do buraco negro e seu entorno. No estudo publicado na revista Nature Communications, os pesquisadores da colaboração Fireball, liderados por Charles Arrowsmith, usaram as instalações HiRadMat no CERN para recriá-los, permitindo que eles sejam detalhadamente estudados em laboratório.
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Os jatos de plasma de buraco negro foram recriados no CERN
Recriar feixes de elétrons-pósitrons em laboratório não é algo exatamente difícil, mas até agora, os pesquisadores não haviam conseguido criar pares o suficiente dessas partículas para o plasma poder se sustentar. Sem isso, não é possível investigar os jatos de buraco negro e explicar as observações astronômicas.
No entanto, com o HiRadMat, os pesquisadores conseguiram capturar cerca de 300 milhões de prótons do Super Proton Synchrotron e lançá-los contra alvos de grafite e tântalo, desencadeando interações de partículas que produziram muitos pares de elétrons-pósitrons. A quantidade de partículas geradas ultrapassou os dez trilhões, o suficiente para sustentar o estado plasmático pela primeira vez.
Isso se dá porque quando os prótons se chocam com os núcleos de carbono do grafite, a enorme quantidade de energia faz com os píons neutros dentro deles sejam liberados. Essas partículas decaem rapidamente em raios gamas de alta energia, que ao interagirem com o campo magnético do tântalo acabam produzindo pares de elétrons e pósitrons.
A ideia básica destes experimentos é reproduzir em laboratório a microfísica de fenômenos astrofísicos, como jatos de buracos negros e estrelas de nêutrons. O que sabemos sobre estes fenômenos vem quase exclusivamente de observações astronômicas e simulações de computador, mas os telescópios não podem realmente investigar a microfísica e as simulações envolvem aproximações. Experimentos de laboratório como esses são uma ponte entre essas duas abordagens.
Gianluca Gregori, coautor da pesquisa, em comunicado
Os pesquisadores esperam que agora possam fazer esses feixes de elétrons-pósitron se propaguem através do plasma por uma distância de um metro. A ideia é observar como as interações entre eles gera campos magnéticos que aceleram as partículas.
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