Fig.1:Uno dei più grandi impianti laser a petawatt al mondo, LFEX, situato presso l'Istituto di ingegneria laser presso l'Università di Osaka. Credito:Università di Osaka
I ricercatori dell'Istituto di ingegneria laser dell'Università di Osaka hanno utilizzato con successo brevi, ma esplosioni laser estremamente potenti per generare la riconnessione del campo magnetico all'interno di un plasma. Questo lavoro potrebbe portare a una teoria più completa dell'emissione di raggi X da oggetti astronomici come i buchi neri.
Oltre ad essere soggetto a forze gravitazionali estreme, la materia divorata da un buco nero può anche essere colpita da un intenso calore e da campi magnetici. plasma, un quarto stato della materia più caldo dei solidi, liquidi, o gas, sono fatti di protoni ed elettroni caricati elettricamente che hanno troppa energia per formare atomi neutri. Anziché, rimbalzano freneticamente in risposta ai campi magnetici. All'interno di un plasma, la riconnessione magnetica è un processo in cui le linee attorcigliate del campo magnetico improvvisamente "scattano" e si annullano a vicenda, con conseguente rapida conversione dell'energia magnetica in energia cinetica delle particelle. nelle stelle, compreso il nostro sole, la riconnessione è responsabile di gran parte dell'attività coronale, come i brillamenti solari. A causa della forte accelerazione, le particelle cariche nel disco di accrescimento del buco nero emettono luce propria, solitamente nella regione dei raggi X dello spettro.
Per comprendere meglio il processo che dà origine ai raggi X osservati provenienti dai buchi neri, gli scienziati dell'Università di Osaka hanno utilizzato intensi impulsi laser per creare condizioni altrettanto estreme in laboratorio. "Siamo stati in grado di studiare l'accelerazione ad alta energia di elettroni e protoni come risultato della riconnessione magnetica relativistica, " afferma l'autore senior Shinsuke Fujioka. "Ad esempio, l'origine dell'emissione dal famoso buco nero Cygnus X-1, si può capire meglio".
Fig.2:La riconnessione magnetica è generata dall'irradiazione del laser LFEX nella microbobina. Il deflusso di particelle accelerato dalla riconnessione magnetica viene valutato utilizzando diversi rilevatori. Come esempio dei risultati, sono stati osservati deflussi di protoni con distribuzioni simmetriche. Credito:Università di Osaka
Questo livello di intensità luminosa non è facilmente ottenibile, però. Per un breve istante, il laser richiedeva due petawatt di potenza, equivalente a mille volte il consumo elettrico dell'intero globo. Con il laser LFEX, il team è stato in grado di ottenere campi magnetici di picco con un 2 sbalorditivo, 000 telsa. Per confronto, i campi magnetici generati da una macchina per la risonanza magnetica per produrre immagini diagnostiche sono in genere di circa 3 tesla, e il campo magnetico terrestre è un misero 0,00005 tesla. Le particelle del plasma vengono accelerate a un livello così estremo che è necessario considerare gli effetti relativistici.
Fig.3:Il campo magnetico generato all'interno della microbobina (a sinistra), e sono mostrate le linee del campo magnetico corrispondenti alla riconnessione magnetica (a destra). La geometria delle linee di campo è cambiata significativamente durante (superiore) e dopo (inferiore) la riconnessione. Il valore di picco del campo magnetico è stato misurato come 2, 100 T nel nostro esperimento. Credito:Università di Osaka
"In precedenza, la riconnessione magnetica relativistica potrebbe essere studiata solo tramite simulazione numerica su un supercomputer. Ora, è una realtà sperimentale in un laboratorio con potenti laser, ", afferma il primo autore King Fai Farley Law. I ricercatori ritengono che questo progetto aiuterà a chiarire i processi astrofisici che possono verificarsi in luoghi dell'Universo che contengono campi magnetici estremi.
