Un laboratorio replica el plasma de un cúmulo de galaxias

Un técnico trabaja en el NIF. Los científicos utilizaron la matriz de 196 láseres para crear condiciones similares al gas caliente dentro de los gigantescos cúmulos de galaxias. - NIF/UNIVERSIDAD DE CHICAGO

   MADRID, 10 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Condiciones similares al gas caliente en los cúmulos de galaxias gigantes han podido ser reproducidas gracias al uso combinado de 196 rayos láser en la National Ignition Facility (NIF) de Estados Unidos.

   Se trata de una gran infraestructura de fusión inercial, que trata de demostrar la viabilidad de la fusión nuclear como fuente de energía. Es la instalación láser más energética del mundo y ha sido capaz de recrear condiciones cósmicas extremas para resolver un viejo enigma astrofísico, aunque solo por una pequeña fracción de segundo en un volumen del tamaño de una moneda de diez centavos, informa la Universidad de Chicago.

   Las galaxias rara vez viven solas. En cambio, decenas a miles son atraídos juntos por la gravedad, formando vastos cúmulos que son los objetos más grandes del universo.

   "Los cúmulos de galaxias son una de las cosas más asombrosas del universo", explica en un comunicado el profesor emérito Don Lamb, astrofísico de la Universidad de Chicago y coautor de un nuevo artículo publicado en Science Advances, que puede señalar el camino para resolver el misterio de qué mantiene calientes a los cúmulos de galaxias.

   Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el gas de hidrógeno en los cúmulos de galaxias es abrasadoramente caliente, alrededor de 10 millones de grados Kelvin, o aproximadamente la misma temperatura que el centro del sol, que es tan caliente que los átomos de hidrógeno no pueden existir. En cambio, el gas es un plasma que consta de protones y electrones.

   Pero persiste un enigma: no hay una explicación directa de por qué o cómo el gas se mantiene tan caliente. De acuerdo con las reglas normales de la física, debería haberse enfriado dentro de la edad del universo. Pero no lo ha hecho. El desafío para cualquiera que intente resolver este rompecabezas es que no puede crear exactamente este tipo de condiciones magnéticas y poderosamente calientes. Para superar este inconveniente se ha recurrido al NIF, ubicado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California.

    "Los experimentos realizados en el NIF están literalmente fuera de este mundo", dijo Jena Meinecke, de la Universidad de Oxford, quien fue la primera autora del artículo.

   Los científicos enfocaron 196 láseres en un solo objetivo diminuto, creando un plasma al rojo vivo con campos magnéticos intensos que existe durante unas pocas mil millonésimas de segundo.

   Esto fue suficiente para que determinaran que, en lugar de una temperatura uniforme, había puntos calientes y fríos en el plasma.

   Esto encaja con una de las teorías que se han propuesto sobre cómo el calor queda atrapado dentro de los cúmulos de galaxias. Normalmente, el calor se distribuiría fácilmente a medida que los electrones chocan entre sí. Pero los campos magnéticos entrelazados dentro del plasma pueden afectar estos electrones, haciendo que giren en espiral en la dirección de los campos magnéticos, lo que puede evitar que distribuyan y dispersen su energía de manera uniforme.

   De hecho, en el experimento vieron que la conducción de energía fue suprimida por más de un factor de 100. "Este es un resultado increíblemente emocionante porque hemos podido demostrar que lo que los astrofísicos han propuesto va por el camino correcto", dijo Lamb.

   "De hecho, este es un resultado asombroso", agregó el coautor del estudio, el profesor Petros Tzeferacos de la Universidad de Rochester, quien supervisó las simulaciones por computadora del complicado experimento. "Las simulaciones fueron clave para desentrañar la física en juego en el plasma magnetizado turbulento, pero el nivel de supresión del transporte térmico fue más allá de lo que esperábamos".

   Las simulaciones se realizaron con un código de computadora llamado códigos FLASH, que se desarrolló en la Universidad de Chicago y ahora se encuentra alojado en el Flash Center for Computational Science de la Universidad de Rochester, dirigido por Tzeferacos. El código permite a los científicos simular sus experimentos con láser con exquisito detalle antes de realizarlos, para que puedan lograr los resultados que buscan.

   Esto es fundamental porque los científicos solo obtienen unas pocas tomas preciosas en la instalación; si algo sale mal, no hay que rehacerlo. Y debido a que las condiciones del experimento solo duran nanosegundos, los científicos deben asegurarse de realizar las mediciones que necesitan exactamente en el momento adecuado. Esto significa que todo debe trazarse con precisión con mucha anticipación.

   "Es un desafío cuando estás en los extremos de lo que se puede hacer, pero ahí es donde está la frontera", dijo Lamb.

   Sin embargo, quedan más preguntas sobre la física de los cúmulos de galaxias. Aunque los puntos calientes y fríos son evidencia sólida del impacto de los campos magnéticos en el enfriamiento del gas caliente en los cúmulos de galaxias, se necesitan más experimentos para comprender exactamente lo que está sucediendo. El grupo está planeando su próxima ronda de experimentos en NIF a finales de este año.