Pesquisadores da Imperial College London criaram um disco de plasma giratório em laboratório, imitando discos de plasma encontrados ao redor de buracos negros e na formação de estrelas. O experimento proporciona uma representação mais precisa do que ocorre nesses discos de plasma, o que pode auxiliar pesquisadores a descobrir como os buracos negros crescem e como a matéria em colapso forma estrelas.
À medida que a matéria se aproxima de buracos negros, ela se aquece, tornando-se plasma – um quarto estado da matéria composto por íons carregados e elétrons livres. Ela também começa a girar, formando uma estrutura chamada disco de acreção. A rotação causa uma força centrífuga que empurra o plasma para fora, que é equilibrada pela gravidade do buraco negro que o puxa para dentro.
Estes anéis brilhantes de plasma em órbita representam um problema – como um buraco negro pode crescer se o material está preso em órbita em vez de cair no buraco? A principal teoria é que instabilidades nos campos magnéticos no plasma causam fricção, fazendo-o perder energia e cair no buraco negro.
O método principal de testar essa teoria tem sido usar metais líquidos que podem ser girados e observar o que acontece quando campos magnéticos são aplicados. No entanto, como os metais devem ser contidos dentro de tubos, eles não representam uma verdadeira representação de plasma fluindo livremente.
Agora, pesquisadores da Imperial usaram sua máquina “Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments” (MAGPIE) para girar o plasma em uma representação mais precisa dos discos de acreção. Os detalhes do experimento são publicados hoje no periódico Physical Review Letters.
O autor principal, Dr. Vicente Valenzuela-Villaseca, realizou o estudo durante seu PhD no Departamento de Física da Imperial, financiado por uma bolsa President’s Scholarship. Ele disse: “Compreender como os discos de acreção se comportam nos ajudará não só a revelar como os buracos negros crescem, mas também como as nuvens de gás colapsam para formar estrelas, e até mesmo como poderíamos ser capazes de criar nossas próprias estrelas compreendendo a estabilidade dos plasmas em experimentos de fusão.”
A equipe usou a máquina MAGPIE para acelerar oito jatos de plasma e colidir com eles, formando uma coluna giratória. Eles descobriram que quanto mais perto do interior do anel giratório estava se movendo mais rápido, o que é uma característica importante dos discos de acreção no universo.
MAGPIE produz pulsos curtos de plasma, significando que apenas cerca de uma rotação do disco foi possível. No entanto, este experimento prova que o número de rotações poderia ser aumentado com pulsos mais longos, permitindo uma melhor caracterização das propriedades do disco. Um tempo de execução de experimento mais longo também permitiria que campos magnéticos fossem aplicados, para testar sua influência na fricção do sistema.
Dr. Valenzuela-Villaseca disse: “Estamos apenas no começo de poder olhar para esses discos de acreção de maneiras totalmente novas, que incluem nossos experimentos e instantâneos de buracos negros com o Event Horizon Telescope. Isso nos permitirá testar nossas teorias e ver se elas correspondem às observações astronômicas.”
O Dr. Valenzuela-Villaseca é do Chile, e encontrou poucas oportunidades de financiamento para as quais poderia se candidatar quando procurava fazer seu PhD no Reino Unido. Ele recebeu uma bolsa de PhD do Presidente Imperial, que disse ser crucial para permitir que ele trabalhasse com MAGPIE.
Ele está agora baseado na Universidade de Princeton, nos EUA, continuando a trabalhar em experimentos de astrofísica de laboratório, mas mantém laços com a equipe MAGPIE para garantir que os programas experimentais e teóricos se complementem.
Essa pesquisa representa um marco significativo na nossa compreensão dos buracos negros e na formação de estrelas. A capacidade de simular esses discos de plasma em laboratório permitirá aos cientistas validar teorias e fazer novas descobertas sobre o universo. Através deste experimento, estamos um passo mais perto de desvendar os segredos do cosmos.
Fonte:
https://www.imperial.ac.uk/news/244813/shining-ring-around-black-holes-recreated/
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