La investigación revela cómo los plasmas que orbitan los agujeros negros pueden producir calor y luz

Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han descubierto un proceso en las masas arremolinadas de plasma que rodean los agujeros negros y las estrellas de neutrones que pueden causar emisiones inexplicables de luz y calor. El proceso, conocido como reconexión magnética, también elimina enormes columnas de plasma de miles de millones de millas de largo. Estos hallazgos podrían promover la comprensión fundamental de los procesos astrofísicos básicos en todo el universo.

El plasma, conocido como el cuarto estado de la materia, está formado por electrones que flotan libremente y núcleos atómicos, o iones, y constituye el 99 por ciento del universo visible. Además de estudiar las propiedades astrofísicas de plasmaLos científicos están explorando cómo confinarlo a dispositivos con forma de rosquilla conocidos como Tocamex para enganchar fusión Interacciones que producen la enorme energía del sol y las estrellas. La fusión repetida en la Tierra podría proporcionar una fuente de energía casi inagotable para generar electricidad.

La reconexión ocurre cuando las líneas del campo magnético se separan y se vuelven a conectar, liberando energía. Este proceso intriga a los científicos porque parece ocurrir en todo el universo, desde grupos de plasma que se extienden por años luz hasta experimentos de laboratorio en laboratorios.

Los investigadores utilizaron un nuevo modelo además de los datos recopilados previamente para encontrar que una oscilación en el plasma se conoce como inestabilidad magnética (MRI) fuerza los campos magnéticos juntos. Reconexión generada dentro Discos de acumulación Libera el calor y la luz observados.

La física de PPPL Fatma Ebrahimi, coautora de un artículo que habla sobre los hallazgos en Cartas de revistas astrofísicas. «Los datos digitales han estado ahí durante mucho tiempo y finalmente los entendemos».

Nuevas simulaciones por computadora han mostrado el plasma con mayor detalle que antes. Otros modelos solo simulan pequeñas porciones de plasma conocidas como cajas de corte y asumen que los resultados se aplican al resto del plasma. «Las cajas de historias brindan orientación, pero no son toda la historia», enfatizó Ebrahimi.

Estos cuadros no muestran todo el comportamiento del plasma durante la reconexión. Por otro lado, la simulación de alta resolución utilizada en esta investigación reveló más pasos interfaciales.

El autor principal del artículo fue Garrett Rosenberg, un estudiante de último año del Rensselaer Polytechnic (RPI) especializado en física que en la primavera de 2021 participó en la Capacitación de pregrado del Departamento de Educación (SULI) en PPPL. Para Rosenberg, los experimentos fueron una especie de crisol de investigación. «Este era un terreno muy nuevo para mí», dijo Rosenberg. «Nunca había estudiado física del plasma en la escuela y nunca había escrito un trabajo de investigación. Pero estaba emocionado de sumergir mis pies en este mundo».

En el futuro, Ebrahimi planea explorar cómo la resonancia magnética afecta la turbulencia del disco de acreción, alteraciones en el plasma que pueden afectar la forma en que el calor, la luz y el movimiento se distribuyen por todo el disco. «Esperamos ejecutar simulaciones más grandes y obtener una mejor comprensión de lo que está sucediendo exactamente en cada paso», dijo Ebrahimi. «De esta manera, aprendes física nueva y, cuando suceden cosas más complejas, sabes por qué».