Agencias/Ciudad de México.- Investigadores del Imperial College han creado un disco giratorio de plasma en un laboratorio, imitando los discos que se encuentran alrededor de los agujeros negros y las estrellas en formación.
El experimento modela con mayor precisión lo que sucede en estos discos de plasma, lo que podría ayudar a los investigadores a descubrir cómo crecen los agujeros negros y cómo la materia que se derrumba forma estrellas.
A medida que la materia se acerca a los agujeros negros, se calienta y se convierte en plasma, un cuarto estado de la materia que consta de iones cargados y electrones libres. También comienza a girar, en una estructura llamada disco de acreción. La rotación provoca una fuerza centrífuga que empuja el plasma hacia el exterior, que se equilibra con la gravedad del agujero negro que lo atrae.
Estos anillos brillantes de plasma en órbita plantean un problema: ¿cómo crece un agujero negro si el material está atascado en órbita en lugar de caer en el agujero? La teoría principal es que las inestabilidades en los campos magnéticos del plasma provocan fricción, lo que hace que pierda energía y caiga en el agujero negro.
La forma principal de probar esto ha sido usar metales líquidos que se pueden girar y ver qué sucede cuando se aplican campos magnéticos. Sin embargo, como los metales deben estar contenidos dentro de las tuberías, no son una verdadera representación del plasma que fluye libremente.
Shining ring around black holes recreated in the lab https://t.co/YBSjDWay9Y pic.twitter.com/MZdaTjiei5
— thelondonuniversity (@thelondonuni) May 12, 2023
Ahora, los investigadores de Imperial han utilizado su máquina Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) para hacer girar el plasma en una representación más precisa de los discos de acreción. Los detalles del experimento se publican el 12 de mayo en la revista Physical Review Letters.
El primer autor, el doctor Vicente Valenzuela-Villaseca, completó el estudio durante su doctorado en el Departamento de Física de Imperial. “Comprender cómo se comportan los discos de acreción no solo nos ayudará a revelar cómo crecen los agujeros negros, sino también cómo las nubes de gas colapsan para formar estrellas, e incluso cómo podríamos crear mejor nuestras propias estrellas al comprender la estabilidad de los plasmas en experimentos de fusión”, dijo en un comunicado.
El equipo usó la máquina MAGPIE para acelerar ocho chorros de plasma y colisionarlos, formando una columna giratoria. Descubrieron que cuanto más cerca del interior del anillo giratorio se movía más rápido, lo cual es una característica importante de los discos de acreción en el universo.
Valenzuela-Villaseca dijo: “Solo estamos comenzando a poder observar estos discos de acreción de maneras completamente nuevas, que incluyen nuestros experimentos e instantáneas de agujeros negros con el Event Horizon Telescope. Esto nos permitirá probar nuestro teorías y ver si coinciden con las observaciones astronómicas”.
MAGPIE produce pulsos cortos de plasma, lo que significa que solo fue posible alrededor de una rotación del disco. Sin embargo, este experimento de prueba de concepto muestra cómo se puede aumentar el número de rotaciones con pulsos más largos, lo que permite una mejor caracterización de las propiedades del disco. Un tiempo de ejecución del experimento más largo también permitiría aplicar campos magnéticos para probar su influencia en la fricción del sistema.
A spinning plasma ring mimics the rotating structure surrounding a black hole
Letter: https://t.co/6oL3D34dHp
Focus: https://t.co/l4ta0Dcy9M pic.twitter.com/O8B4oYlheQ— Physical Review Letters (@PhysRevLett) May 12, 2023
