En un avance significativo para la astrofísica, el Princeton Plasma Physics Laboratory ha logrado replicar jets de plasma, un fenómeno asociado con agujeros negros y estrellas jóvenes, en condiciones de laboratorio controladas. Este logro fue reportado en la revista Physical Review Research, detallando un experimento que imita procesos que en el cosmos se extienden por millones de años luz.
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El experimento empleó un láser de 20 joules de energía con una duración de pulso de 1 nanosegundo para generar el plasma. Este plasma fue creado al disparar el láser sobre un disco de plástico y una cápsula compuesta de hidrógeno y helio. Las observaciones revelaron una expansión del campo magnético bajo la presión del plasma, formando estructuras en columnas y champiñones.
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El equipo de investigadores observó por primera vez la inestabilidad magneto-Rayleigh-Taylor (MRT) directamente, una inestabilidad de plasma clave para entender la formación y lanzamiento de estos jets a velocidades casi lumínicas. Mediante radiometría de protones, se mapearon los campos magnéticos del plasma, detallando una longitud de onda de 1.2 mm para las estructuras MRT y un tiempo de crecimiento de aproximadamente 4 nanosegundos.
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La densidad del plasma en el centro de la cavidad diamagnética fue estimada en 10^19 cm^-3, con una temperatura electrónica de 45 electronvoltios. Las simulaciones magnetohidrodinámicas (MHD) utilizadas en la experimentación predijeron un crecimiento de la cavidad en consonancia con las observaciones, alcanzando un tamaño máximo de 2.5 mm tras 30 nanosegundos de expansión. Además, se midió una velocidad de expansión del plasma de 1.5 mm/ns.
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Este hallazgo no solo proporciona una comprensión más profunda de los jets de plasma relacionados con agujeros negros, sino que también tiene potenciales aplicaciones en el desarrollo de reactores de fusión que emplean plasmas confinados por campos magnéticos.
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“Esta observación directa nos permite entender mejor cómo se forman y lanzan los jets de plasma a velocidades cercanas a la luz,” señaló S. Malko, investigador principal del estudio. El equipo espera que su trabajo inspire futuras investigaciones interdisciplinares que puedan aprovechar estos descubrimientos tanto en astrofísica como en tecnologías de plasma.»
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La investigación también destaca la primera observación directa de inestabilidad MRT y la formación de cavidades diamagnéticas, aportando así evidencia empírica que respaldan teorías previas sobre estos fenómenos complejos. Las simulaciones MHD sirvieron de complemento crucial, validando los resultados experimentales con alta precisión.
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Finalmente, el impacto de este estudio se extiende más allá de los confines teóricos, sugiriendo que estos avances podrían ser aplicados a reactores de fusión magnética, mejorando su diseño y eficiencia. Este estudio resulta un faro de progreso en un campo donde la comprensión del comportamiento del plasma y sus interacciones con campos magnéticos es vital.