Turbulência no Espaço Pode Resolver Mistério Astrofísico

Ao contrário do que muitas pessoas acreditam, o espaço não é vazio. Além de uma sopa eletricamente carregada de íons e elétrons, conhecida como plasma, o espaço é permeado por campos magnéticos com uma ampla gama de forças.
Os astrofísicos há muito se perguntam como esses campos são produzidos, sustentados e ampliados. Agora, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton do Departamento de Energia dos EUA (DOE, na sigla em inglês) mostraram que a turbulência do plasma pode ser o responsável, fornecendo uma possível resposta ao que foi chamado de um dos mais importantes problemas não resolvidos na astrofísica de plasma.
Os pesquisadores usaram computadores poderosos no Instituto Princeton de Ciência e Engenharia Computacional (PICSciE, na sigla em inglês) e o Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética (NERSC, na sigla em inglês) no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do DOE para simular como a turbulência poderia intensificar campos magnéticos através do que é conhecido como o efeito dínamo, no qual os campos magnéticos se tornam mais fortes à medida que as linhas do campo magnético se torcem e giram.
"Este trabalho constitui um passo importante para responder pela primeira vez à questão de saber se a turbulência pode amplificar os campos magnéticos para forças dinâmicas em um plasma quente e diluído, como aquele que reside dentro de aglomerados de galáxias", disse Matthew Kunz, professor de astrofísica da Universidade de Princeton e um autor do artigo, publicado no The Astrophysical Journal Letters.
Pesquisas anteriores concentraram-se em dínamos, como podem ocorrer nos chamados plasmas colisionais, nos quais partículas coletivamente se comportam como um fluido. Mas os plasmas intergalácticos não são colisionais, portanto experimentos passados ​​não são necessariamente relevantes.
Esta nova pesquisa destina-se a resolver essa lacuna. "Queríamos ver como o dínamo se comportaria no regime sem colisão", disse Denis St-Onge, estudante de pós-graduação do Programa de Princeton em Física de Plasma do PPPL e principal autor do artigo.
St-Onge e Kunz se concentraram nas maneiras pelas quais as velocidades e os campos magnéticos de partículas individuais dentro do plasma sem colisão estão diretamente ligados. Essa ligação - se uma quantidade aumenta ou diminui, a outra também deve - parece excluir a existência de um dínamo. "Se isso fosse a história toda, seria desastroso para a teoria do dínamo", disse St-Onge.
"Para combinar com o que observamos no espaço, o dínamo teria que aumentar a força do campo magnético em pelo menos um fator de um trilhão, mas a energia das partículas também teria que aumentar, e simplesmente não há energia suficiente disponível no dínamo para que isso aconteça".
Para produzir a força dos campos magnéticos observados no espaço, o laço que liga a energia das partículas ao magnetismo deve ser cortado. Isso é exatamente o que St-Onge e Kunz observaram nas simulações de computador: os tipos de turbulência de plasma conhecidos como instabilidades de espelho causaram a dispersão das partículas de plasma, e a dispersão rompeu a ligação entre energia de partículas e magnetismo e permitiu que as amplitudes dos campos magnéticos se aproximassem do que é observado na natureza.
"Além disso, gostaríamos de investigar as especificidades da dispersão de partículas", disse St-Onge. "Como exatamente as instabilidades fazem as partículas se espalharem, com que frequência ocorre a dispersão, e a dispersão pode levar a um crescimento súbito e dramático de um campo magnético? A última ideia é uma noção proposta pelo diretor do PPPL, Steven Cowley, anos atrás. Gostaríamos de investigar se isso é verdade".

Fonte> Space Daily via Princeton Plasma Physics Laboratory