CERN gera “esferas de fogo” que podem revelar o magnetismo oculto do Universo
Um grupo internacional de pesquisadores liderado pela Universidade de Oxford alcançou um feito inédito ao gerar “bola de fogo” de plasma com o acelerador Super Proton Synchrotron no CERN, em Genebra. O objetivo era investigar como jatos de plasma de blazares distantes permanecem estáveis enquanto viajam pelo espaço. Os resultados da equipe, publicados em 3…
Um grupo internacional de pesquisadores liderado pela Universidade de Oxford alcançou um feito inédito ao gerar “bola de fogo” de plasma com o acelerador Super Proton Synchrotron no CERN, em Genebra. O objetivo era investigar como jatos de plasma de blazares distantes permanecem estáveis enquanto viajam pelo espaço.
Os resultados da equipe, publicados em 3 de novembro na PNAS, podem ajudar a resolver um grande mistério sobre os raios gama ausentes do Universo e seus vastos campos magnéticos invisíveis.
Blazares e o Enigma dos Raios Gama Ausentes
Blazares são um tipo de galáxia ativa alimentada por buracos negros supermassivos que disparam potentes jatos estreitos de partículas e radiação a quase a velocidade da luz. Esses feixes liberam raios gama extremamente energéticos que podem alcançar vários teraeletronvolts (1 TeV = 1012 eV), detectados por observatórios baseados em solo.
À medida que esses raios gama de TeV viajam pelo espaço intergaláctico, interagem com a luz de fundo fraca de estrelas, produzindo cascatas de pares de elétrons e pósitrons. Esses pares deveriam colidir com o fundo cósmico de micro-ondas, criando raios gama de energia mais baixa (em torno de 109 eV, ou GeV). No entanto, telescópios espaciais de raios gama, como o satélite Fermi da NASA, não observaram o sinal esperado. A causa dessa discrepância tem sido desconhecida por muito tempo.
Cientistas propuseram duas possíveis explicações. Uma teoria sugere que campos magnéticos fracos entre galáxias desviam os pares de elétrons e pósitrons, redirecionando os raios gama resultantes para longe da Terra. Outra, baseada na física do plasma, propõe que os pares se tornam instáveis enquanto passam pelo gás rarefeito que preenche o espaço intergaláctico. Nesse cenário, pequenas perturbações no plasma geram campos magnéticos e turbulência que drenam energia do feixe.
Recriação de Condições Cósmicas em Laboratório
Para testar essas ideias, a equipe de pesquisa – combinando expertise da Oxford e do Central Laser Facility (CLF) da Science and Technology Facilities Council (STFC) – usou a configuração HiRadMat (Alta Radiação para Materiais) do CERN. Eles produziram feixes de pares de elétrons e pósitrons usando o Super Proton Synchrotron e os enviaram através de um plasma de um metro de comprimento. Este experimento serviu como uma simulação em pequena escala de como a cascata de pares de um blazar se move através da matéria intergaláctica.
Ao medir a forma do feixe e os campos magnéticos que ele gerou, os pesquisadores puderam determinar se as instabilidades do plasma poderiam ser fortes o suficiente para interromper o fluxo do feixe.
Resultados Surpreendentes Indicam Campos Magnéticos Antigos
Os achados foram inesperados. Em vez de se desintegrar, o feixe de pares permaneceu bem focado e quase paralelo, mostrando muito pouca perturbação ou atividade magnética. Quando aplicado a escalas cósmicas, isso sugere que as instabilidades do plasma, por si só, são muito fracas para explicar os raios gama ausentes.
O resultado apoia a explicação alternativa – de que o meio intergaláctico contém um campo magnético remanescente da infância do Universo.
O pesquisador principal, Professor Gianluca Gregori (Departamento de Física da Universidade de Oxford) disse: “Nosso estudo demonstra como os experimentos de laboratório podem ajudar a preencher a lacuna entre teoria e observação, aprimorando nossa compreensão de objetos astrofísicos a partir de telescópios espaciais e baseados em solo. Isso também destaca a importância da colaboração entre instalações experimentais ao redor do mundo, especialmente na exploração de regimes físicos cada vez mais extremos.”
O Universo Primordial e a Origem do Magnetismo
Os resultados levantam novas questões sobre como tal campo magnético poderia ter se formado. O Universo primitivo é considerado altamente uniforme, portanto, a existência de campos magnéticos daquela era é difícil de explicar. Os pesquisadores sugerem que a resposta pode envolver física além do Modelo Padrão. Futuras observatórios, como o Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), devem fornecer dados mais precisos para explorar essas teorias.
O co-investigador, Professor Bob Bingham (STFC Central Laser Facility e Universidade de Strathclyde) disse: “Esses experimentos demonstram como a astrofísica de laboratório pode testar teorias do Universo de alta energia. Ao reproduzir condições de plasma relativístico em laboratório, podemos medir processos que moldam a evolução de jatos cósmicos e entender melhor a origem dos campos magnéticos no espaço intergaláctico.”
O co-investigador, Professor Subir Sarkar (Departamento de Física da Universidade de Oxford) acrescentou: “Foi muito divertido fazer parte de um experimento inovador como esse que adiciona uma nova dimensão à pesquisa de fronteira sendo feita no CERN – espero que nosso resultado impactante desperte o interesse na comunidade de plasma (astro)física para as possibilidades de investigar questões cósmicas fundamentais em um laboratório terrestre de física de alta energia.”
O projeto reuniu cientistas da Universidade de Oxford, do Central Laser Facility da STFC (RAL), do CERN, do Laboratório de Energética a Laser da Universidade de Rochester, da AWE Aldermaston, do Lawrence Livermore National Laboratory, do Instituto Max Planck de Física Nuclear, da Universidade da Islândia e do Instituto Superior Técnico em Lisboa.
