Desvendando os segredos do universo: pesquisadores usam lasers de alta potência para estudar a reconexão magnética

Os cientistas usam poderosos feixes de laser para criar erupções solares em miniatura, a fim de estudar o processo de reconexão magnética.

Captura de tela do Laboratório de Imagem Conceitual da NASA sobre "Reconexão Magnética em Todo o Sistema Solar". A reconexão magnética ocorre quando campos magnéticos antiparalelos – neste caso, encontrados em erupções solares – colidem, quebram e se realinham. O processo produz uma explosão de alta energia que lança partículas através do espaço. Crédito: NASA Conceptual Image Lab 

Os cientistas empregaram doze feixes de laser de alta potência para simular erupções solares em miniatura, a fim de investigar os mecanismos subjacentes da reconexão magnética, um fenômeno astronômico fundamental.

Ao contrário da crença popular, o universo não está vazio. Apesar da frase "o vasto vazio do espaço", o universo está cheio de várias substâncias, como partículas carregadas, gases e raios cósmicos. Embora os objetos celestes possam parecer escassos, o universo está repleto de atividade.

Um desses impulsionadores de partículas e energia através do espaço é um fenômeno chamado reconexão magnética. Como o nome sugere, a reconexão magnética é quando dois campos magnéticos anti-paralelos – como em dois campos magnéticos indo em direções opostas – colidem, quebram e se realinham. Por mais inócuo que pareça, está longe de ser um processo calmo.

"Esse fenômeno é visto em todos os lugares do universo. Em casa, você pode vê-los em erupções solares ou na magnetosfera da Terra. Quando uma explosão solar se acumula e parece 'beliscar' uma explosão, isso é uma reconexão magnética ", explica Taichi Morita, professor assistente da Faculdade de Ciências de Engenharia da Universidade de Kyushu e primeiro autor do estudo. "De fato, as auroras são formadas como resultado de partículas carregadas expelidas da reconexão magnética no campo magnético da Terra."

No entanto, apesar de sua ocorrência comum, muitos dos mecanismos por trás dos fenômenos são um mistério. Estudos estão sendo conduzidos, como na Missão Multiescala Magnetosférica da NASA, onde as reconexões magnéticas são estudadas em tempo real por satélites enviados para a magnetosfera da Terra. No entanto, coisas como a velocidade de reconexão ou como a energia do campo magnético é convertida e distribuída para as partículas no plasma permanecem inexplicáveis.

Uma alternativa ao envio de satélites para o espaço é usar lasers e gerar artificialmente arcos de plasma que produzem reconexões magnéticas. No entanto, sem a força adequada do laser, o plasma gerado é muito pequeno e instável para estudar os fenômenos com precisão.

"Uma instalação que tem a potência necessária é o Instituto de Engenharia a Laser da Universidade de Osaka e seu laser Gekko XII. É um laser maciço de 12 feixes e alta potência que pode gerar plasma estável o suficiente para estudarmos", explica Morita. "Estudar fenômenos astrofísicos usando lasers de alta energia é chamado de 'experimentos de astrofísica a laser', e tem sido uma metodologia em desenvolvimento nos últimos anos."

Em seus experimentos, relatados na Physical Review E, os lasers de alta potência foram usados para gerar dois campos de plasma com campos magnéticos antiparalelos. A equipe então concentrou um laser de baixa energia no centro do plasma, onde os campos magnéticos se encontrariam e onde a reconexão magnética teoricamente ocorreria. 

"Estamos essencialmente recriando a dinâmica e as condições de uma explosão solar. No entanto, analisando como a luz desse laser de baixa energia se espalha, podemos medir todos os tipos de parâmetros, desde a temperatura do plasma, velocidade, valência iônica, corrente e velocidade do fluxo de plasma ", continua Morita.

Uma de suas principais descobertas foi registrar o aparecimento e desaparecimento de correntes elétricas onde os campos magnéticos se encontraram, indicando reconexão magnética. Além disso, eles foram capazes de coletar dados sobre a aceleração e o aquecimento do plasma.

A equipe planeja continuar sua análise e espera que esses tipos de "experimentos de astrofísica a laser" sejam mais prontamente usados como uma maneira alternativa ou complementar de investigar fenômenos astrofísicos.

"Este método pode ser usado para estudar todos os tipos de coisas, como ondas de choque astrofísicas, aceleração de raios cósmicos e turbulência magnética. Muitos desses fenômenos podem danificar e perturbar dispositivos elétricos e o corpo humano", conclui Morita. "Então, se quisermos ser uma corrida espacial, devemos trabalhar para entender esses eventos cósmicos comuns."

Fonte: scitechdaily.com