Un esperimento qui sulla Terra è riuscito a simulare in miniatura uno dei processi astrofisici più estremi.

I fisici del Plasma Physics Laboratory (PPPL) dell’Università di Princeton sono riusciti a creare getti paralleli simili a quelli che esplodono dalle giovani stelle e alimentano Buchi neri.

La nostra versione da laboratorio non è grande o potente come quella nello spazio, che può estendersi per milioni di anni luce. Ma i risultati rivelano per la prima volta un’instabilità del plasma a lungo ipotizzata che potrebbe aiutarci a capire come si formano queste esplosioni e vengono lanciate nello spazio a velocità prossime a quella della luce.

“Questi esperimenti mostrano che i campi magnetici sono molto importanti per la formazione dei getti di plasma”, Will Fox, un fisico del PPPL, afferma:“Ora che abbiamo informazioni su ciò che genera questi getti, possiamo teoricamente studiare i getti astrofisici giganti e imparare qualcosa sui buchi neri”.

I getti astronomici rappresentano un po’ un enigma. Sono flussi lunghi e stretti di plasma che emanano dai poli di alcuni corpi cosmici lungo l’asse di rotazione.

Nei buchi neri si formano quando… Buco nero alimentazione del buco nero; Gli scienziati ritengono che parte del materiale in orbita attorno al buco nero venga trasformato e accelerato lungo le linee del campo magnetico fino ai poli, dove viene rilasciato sotto forma di un getto.

Si ritiene che un meccanismo simile operi con le stelle neonate, che si nutrono di materia allo stesso modo. Ma in realtà non conosciamo i dettagli della formazione dei getti, il che rappresenta una lacuna abbastanza ampia nella nostra comprensione dei processi astrofisici.

Un gruppo di ricerca guidato dalla fisica Sofia Malko del PPPL ha identificato un possibile meccanismo.

Il team voleva studiare l’interazione tra campi magnetici e plasma, che è ciò che… Stato della materia È costituito da particelle ionizzate. Per fare ciò, hanno utilizzato una tecnica nota come radiometria protonica, che utilizza la deflessione di particelle subatomiche caricate positivamente per mappare modelli nel campo magnetico del plasma.

Il plasma viene creato sparando un laser su un sottile disco di plastica. Nel frattempo, una miscela di protoni e raggi X è stata creata sparando un laser su una capsula di idrogeno ed elio che ha subito reazioni nucleari quando riscaldata.

I protoni e i raggi X passavano attraverso una griglia di nichel posizionata tra due potenti elettrodi. File magnetici. La rete funziona come un estrusore per la pasta, costringendo la luce e le particelle a formare una rete di minuscoli raggi.

Poiché distorti dalle interazioni elettromagnetiche del plasma con il campo magnetico esterno, i fasci di protoni fungono da misura del caos internoPoiché i raggi X passavano senza ostacoli o distorsioni, fornivano un punto di confronto per il comportamento dei protoni.

Ciò che il team ha osservato è stato il campo magnetico che si espandeva verso l’esterno sotto la pressione del plasma in espansione. Mentre il plasma continuava a spingersi nel campo magnetico, bolle e schiuma iniziarono ad apparire sui bordi, assomigliando a forme e colonne simili a funghi, proprio come il modo in cui il latte freddo schizza e sboccia quando lo metti in una pentola calda. caffè.

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“Durante l’interazione, molte strutture si formano dove i campi incontrano il plasma perché ci sono grandi differenze di temperatura, densità e intensità del campo magnetico”. Malko spiega“È il posto perfetto in cui possono crescere.”

Alla fine, quando il plasma ha esaurito l’energia, il campo magnetico è tornato al suo posto, il che a sua volta ha fatto sì che il plasma fluisse in getti lunghi, sottili e paralleli, come quelli che escono dai buchi neri.

I ricercatori affermano che le bolle e la schiuma ai bordi del plasma erano la parte davvero interessante, un fenomeno noto come instabilità magnetica di Rayleigh-Taylor, una forma ben nota di instabilità. Instabilità nella fluidodinamicacon la differenza di coinvolgere il campo magnetico.

“Quando abbiamo eseguito l’esperimento e analizzato i dati, abbiamo scoperto di avere qualcosa di grosso.” dice Malko.

“Si pensava da tempo che si verificasse l’osservazione dell’instabilità magnetica derivante dall’interazione del plasma con i campi magnetici, ma fino ad ora non è stata osservata direttamente. Questa osservazione aiuta a confermare che questa instabilità si verifica quando il plasma in espansione incontra i campi magnetici sarebbe così accurato che tutto il nostro team è entusiasta!”

Le implicazioni di questa osservazione non si limitano solo all’astrofisica. Il plasma contenuto nei campi magnetici costituisce la base di un tipo di reattore a fusione nucleare, che i fisici sperano un giorno possa fornire energia efficiente e pulita.

Confinare il plasma all’interno di un campo magnetico è alquanto impegnativo; Ma sapere di più su come interagiscono il plasma e i campi magnetici ci fornisce più informazioni che possono essere applicate alla risoluzione dei problemi futuri.

“Ora che abbiamo misurato queste instabilità in modo così preciso, abbiamo le informazioni di cui abbiamo bisogno per migliorare i nostri modelli, le simulazioni e la comprensione dei getti astrofisici in misura maggiore rispetto a prima”. dice Malko“È interessante che gli esseri umani possano realizzare in un laboratorio qualcosa che normalmente si troverebbe nello spazio.”

La ricerca è stata pubblicata in Ricerca sulla revisione fisica.