Artigo publicado na revista Physics Review Letters dá um passo importante para estudar a geração de campos magnéticos e a aceleração de partículas no Universo

O Universo é rico em fenómenos físicos extremos, como por exemplo a explosão de estrelas massivas (Supernovas), onde se geram partículas altamente energéticas (raios cósmicos). A luz que nos chega destes fenómenos longínquos, sugere a presença de campos magnéticos elevados, mas a forma como estes campos se geram é ainda um mistério.

Uma equipa de investigadores do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN) do Instituto Superior Técnico (IST), constituída por Frederico Fiúza, Ricardo Fonseca, e Luís Silva, em colaboração com Warren Mori da Califórnia em Los Angeles (UCLA), estudou a formação destes campos magnéticos identificando as condições que permitem a sua replicação em laboratório, através da interação de lasers intensos com alvos sólidos.

Pensa-se que a geração de uma parte dos campos magnéticos presentes na nossa galáxia e no exterior desta, possa estar associada à violenta colisão de matéria expelida por Supernovas a velocidades próximas da velocidade da luz com o meio interestelar.

Os investigadores do IST pretendem estudar a física associada a estes fenómenos extremos em laboratório, usando lasers intensos para explodir um alvo sólido (ex. plástico) e gerar os fluxos de partículas carregadas necessários à geração de correntes eléctricas e campos magnéticos elevados.

O trabalho publicado na prestigiada revista Physical Review Letters usa simulações numéricas de grande escala para perceber quais as características do laser e do alvo necessárias para gerar estes campos magnéticos. Os resultados obtidos mostram não só pela primeira vez a possibilidade de recriar campos magnéticos elevados, com densidades de energia semelhantes às que se acredita serem geradas em cenários astrofísicos, como também a geração de ondas de choque mediadas por estas estruturas magnéticas utilizando lasers. “A observação destas ondas de choque é particularmente relevante, uma vez que estas são observadas em Supernovas, e poderão ser responsáveis pela aceleração de partículas no Universo”, explica Frederico Fiúza.

De acordo com Luís Oliveira e Silva “Este trabalho identifica, pela primeira vez, as condições necessárias para gerar estas ondas de choque, idênticas às observadas em supernovas, no laboratório, abrindo assim caminho para a exploração experimental destes cenários”.

Com base nos resultados publicados a equipa estima que as condições necessárias para reproduzir estes fenómenos astrofísicos em laboratório, poderão ser em breve obtidas, recorrendo ao maior sistema laser do Mundo, a National Ignition Facility (NIF), nos Estado Unidos.

O trabalho realizado por esta equipa do IST representa assim mais um passo na exploração e na compreensão da física dos fenómenos extremos do Universo. A longo prazo, o estudo detalhado deste fenómenos no laboratório poderá permitir a compressão de um dos maiores mistérios do Universo: a aceleração de raios cósmicos.

Este trabalho foi realizado no âmbito da Advanced Grant “ACCELERATES” do European Research Council.

URL: “Weibel-Instability-Mediated Collisionless Shocks in the Laboratory with Ultraintense Lasers”, Phys. Rev. Lett. 108, 235004 (2012)