Científicos de una universidad norteamericana generaron las primeras ondas de choque astrofísicas de alta energía en un entorno de laboratorio con lo que se abre la puerta a una nueva comprensión de estos misteriosos procesos

Buenos Aires-(Nomyc)-A lo largo del universo, las ondas de choque supersónicas propulsan los rayos cósmicos y partículas de supernova a velocidades cercanas a la velocidad de la luz aunque los choques de más alta energía ocurren demasiado lejos del sistema solar para ser estudiados en detalle y han confundido, desde hace tiempo, a los astrofísicos debido a que los impactos más cercanos a la Tierra pueden ser detectados por las naves espaciales, pero vuelan demasiado rápido para sondear la formación de una onda.

“Hemos desarrollado por primera vez una plataforma para estudiar los choques altamente energéticos con mayor flexibilidad y control de lo que es posible con las naves espaciales”, dijo Derek Schaeffer, del Laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos y autor principal de un artículo en “Physical Review Letters” que describe los experimentos.

Para producir la onda, los científicos utilizaron un láser con el que crearon un plasma de alta energía, una forma de materia compuesta de átomos y partículas atómicas cargadas, que se expandió en un plasma magnetizado preexistente.

La interacción creó, dentro de unas pocas mil millonésimas de segundo, una onda de choque magnetizada que se expandió a una velocidad de más de 1,5 millones de kilómetros por hora, congruente con los choques más allá del sistema solar.

La velocidad rápida representaba un alto “número de Mach magnetosónico” y la onda era “sin colisión”, emulando choques que ocurren en el espacio exterior donde las partículas están demasiado separadas para chocar frecuentemente.

El descubrimiento de este método de generación de ondas de choque se produjo por accidente ya que los físicos habían estado estudiando la reconexión magnética, el proceso en el cual convergen las líneas del campo magnético en el plasma, se separan y se vuelven a conectar energéticamente.

Para investigar el flujo de plasma en el experimento se instaló un nuevo diagnóstico en la instalación de láser de Rochester y para su sorpresa, el diagnóstico reveló un fuerte acentuamiento de la densidad del plasma, que señaló la formación de una alta onda de choque de número Mach.

Para simular los hallazgos, los investigadores publicaron un código de computadora llamado “PSC” en el supercomputador Titan, el ordenador más poderoso de los Estados Unidos, alojado en la instalación de computación de Oak Ridge.

La simulación utilizó los datos derivados de los experimentos y los resultados del modelo de acuerdo con las imágenes de diagnóstico de la formación de choque.

En el futuro, la plataforma de laboratorio permitirá nuevos estudios sobre la relación entre los choques sin colisión y la aceleración de las partículas astrofísicas ya que  “complementa las actuales observaciones de la teleobservación y las naves espaciales”, escribieron los autores, y agregan que además “abre el camino para investigaciones de laboratorio controladas de choques de alto número de Mach”.

Schaeffer y sus colegas llevaron a cabo su investigación sobre la instalación láser Omega EP en el Laboratorio de Energía Láser de la Universidad de Rochester.                                                                                                                                                                                                       Nomyc-27-7-17