Un experimento que utiliza haces de protones para investigar c\u00f3mo interact\u00faan el plasma y los campos magn\u00e9ticos puede haber resuelto el misterio de c\u00f3mo los cu\u00e1sares y otros agujeros negros supermasivos activos liberan sus chorros relativistas. Imaginemos la escena en el coraz\u00f3n de un cu\u00e1sar. Un agujero negro supermasivo, tal vez cientos de millones -o incluso miles de millones- de veces la masa de nuestro Sol, est\u00e1 devorando vorazmente materia que fluye hacia sus fauces desde un disco ultracaliente en espiral. Esa materia cargada se llama plasma y es atra\u00edda gravitacionalmente hacia los alrededores del agujero negro. Sin embargo, no todo el plasma, que est\u00e1 hecho de \u00e1tomos ionizados o electrificados desprovistos de electrones, es tragado por el agujero negro. De hecho, el agujero negro muerde m\u00e1s de lo que puede masticar, y parte del plasma es escupido en chorros colimados por el poderoso campo magn\u00e9tico del agujero negro antes de que el plasma llegue a acercarse al horizonte de sucesos, que es b\u00e1sicamente el punto de no retorno.<\/p>\n\n\n\n
Estos chorros pueden extenderse miles de a\u00f1os luz en el espacio. Sin embargo, los cient\u00edficos no han logrado explicar la f\u00edsica que se produce en la base del chorro, donde se forman.<\/p>\n\n\n\n
La respuesta puede haber llegado de los investigadores del Laboratorio de F\u00edsica del Plasma de Princeton (PPPL) en Nueva Jersey, que fueron capaces de idear una modificaci\u00f3n de una t\u00e9cnica de medici\u00f3n del plasma llamada radiograf\u00eda de protones. En su experimento, los investigadores crearon primero un plasma de alta densidad energ\u00e9tica disparando un haz l\u00e1ser pulsado de 20 julios a un objetivo de pl\u00e1stico. Despu\u00e9s, utilizaron potentes l\u00e1seres para instigar la fusi\u00f3n nuclear en una c\u00e1psula de combustible llena de deuterio y helio-3. Las reacciones de fusi\u00f3n liberaron r\u00e1fagas de protones y rayos X.<\/p>\n\n\n\n
Estos protones y rayos X pasaron entonces a trav\u00e9s de una malla de n\u00edquel llena de peque\u00f1os agujeros. Piensa en la malla como un colador para colar pasta; cuela los protones en muchos haces discretos que luego pueden medir c\u00f3mo la columna de plasma en expansi\u00f3n interact\u00faa con un campo magn\u00e9tico de fondo. Como los protones est\u00e1n cargados, seguir\u00e1n las l\u00edneas del campo magn\u00e9tico a medida que son sacudidos por el plasma. La r\u00e1faga de rayos X act\u00faa como un control: como los rayos X pasan limpiamente a trav\u00e9s de la malla y el campo magn\u00e9tico, proporcionan una imagen no distorsionada del plasma para comparar con las mediciones del haz de protones.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestro experimento fue \u00fanico porque pudimos ver directamente c\u00f3mo cambiaba el campo magn\u00e9tico con el tiempo”, dijo Will Fox, el investigador principal del experimento, en una declaraci\u00f3n. “Pudimos observar directamente c\u00f3mo el campo se empuja hacia afuera y responde al plasma en una especie de tira y afloja”.<\/p>\n\n\n\n
Observaron en detalle c\u00f3mo el campo magn\u00e9tico se doblaba hacia afuera bajo la presi\u00f3n del plasma en expansi\u00f3n, mientras el plasma se sacud\u00eda contra las l\u00edneas del campo magn\u00e9tico. Este burbujeo y espuma del plasma se conoce como inestabilidad magneto-Rayleigh Taylor, y cre\u00f3 formas en el campo magn\u00e9tico que parecen remolinos y hongos. Fundamentalmente, a medida que la energ\u00eda del plasma disminu\u00eda, las l\u00edneas del campo magn\u00e9tico pudieron volver a su forma original. Esto comprimi\u00f3 el plasma en una columna recta y estrecha, no muy diferente del chorro relativista de un cu\u00e1sar.<\/p>\n\n\n\n
“Cuando hicimos el experimento y analizamos los datos, descubrimos que ten\u00edamos algo grande”, dijo Sophia Malko de PPPL. “Durante mucho tiempo se pens\u00f3 que se produc\u00edan inestabilidades magneto-Rayleigh Taylor que surgen de la interacci\u00f3n del plasma y los campos magn\u00e9ticos, pero nunca se hab\u00eda observado directamente hasta ahora. Esta observaci\u00f3n ayuda a confirmar que esta inestabilidad se produce cuando el plasma en expansi\u00f3n se encuentra con los campos magn\u00e9ticos”.<\/p>\n\n\n\n
El experimento indica firmemente que los chorros de cu\u00e1sar pueden agradecer este tipo de reacci\u00f3n de los campos magn\u00e9ticos al plasma en expansi\u00f3n para su creaci\u00f3n. Si los resultados son una instant\u00e1nea de lo que sucede alrededor de los agujeros negros activos, eso significar\u00eda que, en el disco de acreci\u00f3n del agujero negro, las condiciones se vuelven tan intensas que el plasma en el disco puede empujar contra las l\u00edneas de campo magn\u00e9tico muy compactas, que luego pueden retroceder y empujar el plasma en una columna estrecha, casi arroj\u00e1ndolo fuera del agujero negro. Si es as\u00ed, esto podr\u00eda ser una gran pieza faltante en nuestra imagen de c\u00f3mo funcionan los agujeros negros activos.<\/p>\n\n\n\n
“Ahora que hemos medido estas inestabilidades con mucha precisi\u00f3n, tenemos la informaci\u00f3n que necesitamos para mejorar nuestros modelos y potencialmente simular y comprender los chorros astrof\u00edsicos en un grado mayor que antes”, dijo Malko. “Es interesante que los humanos puedan crear en un laboratorio algo que normalmente existe en el espacio”.<\/p>\n\n\n\n
Los hallazgos fueron publicados el 27 de junio en la revista Physical Review Research<\/a>.<\/p>\n\n\n\n