Più del 99% dell'universo visibile esiste in uno stato surriscaldato noto come plasma, un gas ionizzato di elettroni e ioni. Il movimento di queste particelle cariche produce campi magnetici che formano una rete magnetica interstellare. Questi campi magnetici sono importanti per un'ampia gamma di processi, dalla formazione delle galassie e dalla formazione delle stelle al controllo del movimento e dell'accelerazione di particelle ad alta energia come i raggi cosmici, protoni ed elettroni che sfrecciano attraverso l'universo quasi alla velocità della luce.

In precedenti ricerche, scienziati hanno scoperto che nelle regioni in cui vengono prodotti elettroni ad alta energia, i campi magnetici sono intensificati. Ma fino ad ora, il modo in cui le particelle energetiche influenzano i campi magnetici non era ben compreso. In un articolo pubblicato sulla copertina di Lettere di revisione fisica a maggio, i ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia mostrano come gli elettroni possono amplificare i campi magnetici a intensità molto più elevate di quanto si conoscesse in precedenza.

Il moto degli elettroni trasporta una corrente elettrica, che produce campi magnetici. Generalmente, le cariche del plasma di fondo interferiscono con questa corrente spostandosi in modo da annullarla, rendendo difficile la produzione di forti campi magnetici. Utilizzando simulazioni numeriche e modelli teorici, i ricercatori hanno scoperto che gli elettroni ad alta energia possono effettivamente espellere il plasma di fondo per creare un buco, rendendo più difficile per il plasma annullare la loro corrente.

"Come la corrente è esposta, vengono prodotti forti campi magnetici che allontanano ulteriormente il plasma di fondo, creare buchi più grandi, lasciando più della corrente esposta, e producendo campi magnetici ancora più forti, "dice Ryan Peterson, un dottorato di ricerca studente alla Stanford University e SLAC che è il primo autore della pubblicazione. "Infine, questi campi magnetici diventano così forti che piegano gli elettroni e li rallentano."

Questo processo potrebbe essere potenzialmente in gioco negli eventi elettromagnetici più luminosi ed energetici dell'universo:esplosioni estreme note come lampi di raggi gamma. Le osservazioni suggeriscono che i campi magnetici devono essere significativamente amplificati da particelle energetiche per produrre la radiazione osservata ma, fino ad ora, il modo in cui il campo si è intensificato è rimasto un mistero.

"Ogni volta che viene identificato un nuovo processo fondamentale, può avere importanti conseguenze e applicazioni in diverse aree di ricerca, "dice Federico Fiuza, uno scienziato che ha lavorato a questa ricerca e guida il gruppo di teoria scientifica ad alta densità di energia allo SLAC. "In questo caso, l'amplificazione del campo magnetico da parte di elettroni ad alta energia è nota per essere importante non solo per ambienti astrofisici estremi, come i lampi di raggi gamma, ma anche per applicazioni di laboratorio basate su fasci di elettroni."

I ricercatori stanno attualmente lavorando a nuove simulazioni per comprendere meglio il ruolo che questo processo può svolgere nei lampi di raggi gamma. Sperano anche di trovare il modo di riprodurlo in un esperimento di laboratorio, che sarebbe un passo importante nello sviluppo di sorgenti di radiazioni compatte ad alta energia. Quelle fonti permetterebbero agli scienziati di fotografare la materia su scala atomica con una risoluzione estremamente elevata per applicazioni in medicina, biologia e ricerca sui materiali.