Pesquisadores do Laborata³rio de Fa­sica de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) descobriram um processo nas massas girata³rias de plasma em torno de buracos negros e estrelas de naªutrons que podem causar emissaµes inexplica¡veis ​​de luz e calor. O processo, conhecido como reconexão magnanãtica, também libera enormes plumas de plasma com bilhaµes de quila´metros de comprimento. Essas descobertas podem aumentar a compreensão ba¡sica dos processos astrofisicos fundamentais em todo o universo.

O plasma, conhecido como o quarto estado da matéria, compreende elanãtrons flutuantes e núcleos ata´micos, ou a­ons, e constitui 99% do universo visível. Além de estudar as propriedades astrofa­sicas do plasma , os cientistas estãoexplorando como confina¡-lo em dispositivos em forma de donut, conhecidos como tokamaks, para aproveitar as reações de fusão que produzem a vasta energia do sol e das estrelas. A replicação da fusão na Terra poderia fornecer um suprimento virtualmente inesgota¡vel de energia para gerar eletricidade .

A reconexão ocorre quando as linhas do campo magnético se separam e se reconectam, liberando energia. O processo interessa aos cientistas porque parece ocorrer em todo o universo, desde massas de plasma que abrangem anos-luz atéexperimentos de mesa em laboratórios.

Os pesquisadores usaram um novo modelo, além de dados coletados anteriormente, para descobrir que um movimento no plasma conhecido como instabilidade magnetorotacional (MRI) força os campos magnanãticos juntos. A reconexão resultante dentro dos discos de acreção libera o calor e a luz observados.

"Esses processos de reconexão de disco de acreção são algo novo no mundo da física do plasma", disse a física do PPPL Fatima Ebrahimi, co-autora de um artigo relatando os resultados no The Astrophysical Journal Letters . "Os dados numanãricos estãola¡ hámuito tempo e finalmente os entendemos."

As novas simulações de computador mostraram o plasma com mais detalhes do que antes. Outros modelos simulam apenas pequenas porções do plasma conhecidas como caixas de cisalhamento e presumem que os resultados se aplicam ao resto do plasma. "As caixas de tosquia fornecem orientação, mas não são toda a história", enfatizou Ebrahimi.

Essas caixas não mostram todo o comportamento do plasma durante a reconexa£o. A simulação de alta fidelidade usada nesta pesquisa, por outro lado, revelou mais das etapas intermedia¡rias.

O autor principal do artigo foi Jarrett Rosenberg, aluno do Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) com especialização em física que, na primavera de 2021, participou do Student Undergraduate Laboratory Internship do DOE (SULI) no PPPL. Para Rosenberg, os experimentos eram uma espanãcie de cadinho de pesquisa. "Este foi um terreno muito novo para mim", disse Rosenberg. "Eu não tinha estudado física do plasma na escola e nunca escrevi um artigo de pesquisa. Mas estava animado para mergulhar neste mundo."

No futuro, Ebrahimi planeja explorar como a ressonância magnanãtica afeta a turbulaªncia do disco de acreção, distúrbios no plasma que podem afetar como o calor, a luz e o movimento se propagam por todo o disco. "Esperamos realizar simulações maiores e obter uma melhor compreensão do que exatamente estãoacontecendo em cada etapa", disse Ebrahimi. "Dessa forma, vocêaprende uma nova física e, quando coisas mais complicadas acontecem mais tarde, vocêsabe por quaª."