Físicos encontraram uma maneira de simular o início de rajadas rápidas de rádio: WebCuriosos

As rajadas rápidas de rádio são um dos maiores mistérios cósmicos do nosso tempo. São explosões extremamente poderosas, mas extremamente breves, de radiação eletromagnética em comprimentos de onda de rádio, descarregando em milissegundos tanta energia quanto 500 milhões de sóis.

Durante anos, os cientistas ficaram intrigados com o que poderia estar a causar estas breves explosões, detectadas em galáxias a milhões de milhares de milhões de anos-luz de distância. Então, em abril de 2020, obtivemos uma vantagem muito forte: um breve e poderoso flash de ondas de rádio de algo dentro da Via Láctea – um magnetar.

Isto sugere que pelo menos algumas explosões rápidas de rádio são produzidas por estas estrelas mortas extremamente magnetizadas. Agora, os físicos desenvolveram uma maneira de replicar em laboratório o que pensamos que acontece nos primeiros estágios dessas explosões insanas, de acordo com a teoria da eletrodinâmica quântica (QED).

“Nossa simulação de laboratório é um análogo em pequena escala de um ambiente magnetar”, diz o físico Kenan Qu da Universidade de Princeton. “Isso nos permite analisar plasmas de pares QED.”

Um magnetar é um tipo de estrela morta chamada estrela de nêutrons. Quando uma estrela massiva atinge o fim da sua vida, ela expele seu material externo, e o núcleo, não mais suportado pela pressão externa da fusão nuclear, entra em colapso sob sua própria gravidade para formar um objeto ultradenso com um poderoso campo magnético. . Essa é a estrela de nêutrons.

Algumas estrelas de nêutrons têm um campo magnético ainda mais poderoso. Isso é um magnetar. Não sabemos como eles ficam assim, mas seus campos magnéticos são algo em torno de 1.000 vezes mais poderosos que os de uma estrela de nêutrons normal, e um quatrilhão de vezes mais poderoso que o da Terra.

Os cientistas pensam que as rajadas rápidas de rádio são o resultado da tensão entre o campo magnético, tão poderoso que distorce a forma do magnetar, e a pressão interna da gravidade.

Acredita-se também que o campo magnético seja responsável por transformar a matéria no espaço ao redor do magnetar em um plasma composto por pares matéria-antimatéria. Esses pares consistem em um elétron com carga negativa e um pósitron com carga positiva, e são pensado para desempenhar um papel na emissão das raras rajadas rápidas de rádio que se repetem.

Este plasma é chamado de plasma par e é muito diferente da maior parte do plasma do Universo. O plasma normal consiste em elétrons e íons mais pesados. Os pares matéria-antimatéria no plasma par têm massas iguais e formam-se e aniquilam-se espontaneamente. O comportamento coletivo dos plasmas pares é muito diferente daquele dos plasmas normais.

Como a força dos campos magnéticos envolvidos é tão extrema, Qu e seus colegas desenvolveram uma maneira de criar pares de plasmas em laboratório por outros meios.

“Em vez de simular um campo magnético forte, usamos um laser forte”, O que explica.

“Ele converte energia em par de plasma por meio das chamadas cascatas QED. O par de plasma então muda o pulso do laser para uma frequência mais alta. O resultado emocionante demonstra as perspectivas de criação e observação de plasma de par QED em laboratórios e permite experimentos para verificar teorias sobre rapidez rajadas de rádio.”

A técnica envolve a geração de um feixe de elétrons de alta velocidade, viajando próximo à velocidade da luz. Um laser moderadamente poderoso é disparado contra esse feixe e a colisão resultante cria um par de plasma.

Além disso, retarda o plasma resultante. Isso poderia resolver um dos problemas encontrados em experimentos anteriores para criar plasmas pares – observar seu comportamento coletivo.

“Achamos que sabemos quais leis governam seu comportamento coletivo. Mas até que realmente produzamos um par de plasma em laboratório que exiba fenômenos coletivos que possamos sondar, não podemos ter certeza absoluta disso.” diz o físico Nat Fisch da Universidade de Princeton.

“O problema é que o comportamento coletivo em plasmas pares é notoriamente difícil de observar. Assim, um passo importante para nós foi pensar nisso como um problema conjunto de produção e observação, reconhecendo que um ótimo método de observação relaxa as condições sobre o que deve ser produzido e, por sua vez, nos leva a uma facilidade de uso mais praticável.”

A experiência de observação ainda não foi realizada, mas oferece uma forma de conduzir estas sondagens que não era possível antes. Reduz a necessidade de equipamentos extremamente potentes que podem estar além das nossas capacidades técnicas e orçamentos.

A equipe está atualmente se preparando para testar suas ideias com uma série de experimentos no SLAC National Accelerator Laboratory. Eles esperam que isso os ajude a aprender como os magnetares geram pares de plasmas, como esses pares de plasmas podem produzir rajadas rápidas de rádio e a identificar qualquer física anteriormente desconhecida que possa estar envolvida.

“De certa forma, o que estamos fazendo aqui é o ponto de partida da cascata que produz rajadas de rádio”, diz o físico Sebastian Meuren da Universidade de Stanford e SLAC.

“Se pudéssemos observar algo como uma explosão de rádio no laboratório, seria extremamente emocionante. Mas a primeira parte é apenas observar a dispersão dos feixes de elétrons e, assim que fizermos isso, melhoraremos a intensidade do laser para chegar a níveis mais altos. densidades para realmente ver os pares elétron-pósitron. A ideia é que nosso experimento evolua nos próximos dois anos ou mais.”

Portanto, pode demorar um pouco mais até obtermos respostas sobre rajadas rápidas de rádio. Mas se aprendemos alguma coisa ao longo dos anos é que definitivamente vale a pena esperar para desvendar esse mistério fascinante.

O artigo da equipe foi publicado em Física dos Plasmas.