Físicos criaram uma magnetosfera em miniatura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/07/2022

O fluxo de plasma é gerado disparando o laser contra um alvo plástico na presença de um campo magnético fraco. Esse campo é distorcido pela pressão dinâmica do fluxo de plasma, criando uma configuração magnética antiparalela. O gráfico (b) mostra o campo alongado se reconectando e liberando a energia magnética.
[Imagem: K. Sakai et al. - 10.1038/s41598-022-14582-3]

Reconexão magnética

Embora haja muitas ideias para sua exploração, a reconexão magnética continua sendo um dos grandes mistérios da física.

Esse processo, que parece ocorrer em todo o Universo, incluindo gerar as explosões solares, acontece quando as linhas de um campo magnético se "quebram" e depois se unem novamente, produzindo muita energia.

Essa reconexão também ocorre dentro dos reatores de fusão nuclear em forma de anel, conhecidos como tokamaks, e há planos para explorá-la em motores espaciais magnéticos para levar nossas naves mais longe.

Para entender melhor esse fenômeno, um grupo internacional de físicos conseguiu pela primeira vez estabelecer um aparato experimental para observar diretamente a reconexão magnética ocorrendo em um plasma, que é o ambiente encontrado nos reatores de fusão nuclear e nos fenômenos astrofísicos, como a superfície das estrelas.

E, para não precisar trabalhar com uma estrela inteira, eles criaram uma magnetosfera em miniatura.

Esquema e visualização experimental da onda de elétrons no plasma, que os físicos chamam de onda assobiadora.
[Imagem: K. Sakai et al. - 10.1038/s41598-022-14582-3]

Magnetosfera em laboratório

Nas erupções solares, por exemplo, a energia magnética é liberada na forma de plasma altamente energético.

Com isto em vista, os pesquisadores criaram elétrons diretamente acoplados ao campo magnético no meio de um plasma também produzido artificialmente, usando um laser superpotente.

Curiosamente, um fluxo puro dessas partículas subatômicas ofereceu aos astrofísicos o primeiro vislumbre do que ocorre em algumas das maiores dimensões do Universo.

"Nos plasmas espaciais, os principais atores às vezes se escondem na pequena escala. É muito difícil ver suas ações em fenômenos espaciais de grande escala, mesmo por meio de simulações numéricas de ponta," explicou o professor Toseo Moritaka, da Universidade de Osaka, no Japão. "Agora, os experimentos com laser podem organizar um novo palco para lançar luzes sobre as ações [desses atores]. Os resultados vão estabelecer uma ponte entre as variadas observações e as simulações em pontos de vista macroscópicos e microscópicos."

De fato, é a primeira vez que se consegue medir diretamente esse fluxo de saída de elétrons puros associados à reconexão magnética.

"A dinâmica dos microscópicos elétrons governa fenômenos macroscópicos, como religações magnéticas e choques sem colisões. Esta é a propriedade sem igual e universal do plasma, que não é vista em gases e líquidos comuns. Agora podemos lidar com isso em laboratório, por meio de medições locais diretas do plasma e do campo magnético. Nós vamos lidar com problemas em aberto de longa data no Universo modelando-os em laboratório. Conhecer a natureza dos plasmas pode nos levar a perceber, por exemplo, o plasma de fusão," explicou Yasuhiro Kuramitsu, membro da equipe.

A expectativa é que, de posse desse aparato experimental, surjam novos insights sobre o comportamento não apenas dos plasmas espaciais e astrofísicos, mas também daqueles que se pretende explorar para tornar realidade a propulsão magnética e os reatores de fusão nuclear.

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