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| Un técnico trabaja en la National Ignition Facility. Los científicos utilizaron el conjunto de 196 láseres para crear condiciones similares a las del gas caliente del interior de los cúmulos de galaxias gigantes. Crédito: Universidad de Chicago |
La Gran Muralla de Hércules-Corona Borealis es un supercúmulo de galaxias que mide aproximadamente 10.000 millones de años luz. En 2013, los astrónomos que lo descubrieron sugirieron que el cúmulo es la mayor estructura conocida en el universo observable.
Para entender la evolución de los supercúmulos, es esencial comprender el funcionamiento interno de los bloques de construcción de los supercúmulos: los cúmulos de galaxias. ¿Se trata también de comprender cómo se inyecta la energía en el plasma que compone los cúmulos de galaxias? ¿Cómo se distribuye esta energía para calentar todo el enorme sistema?
Para averiguar las respuestas a estas preguntas, un equipo internacional de científicos de la Universidad de Rochester, la Universidad de Oxford y la Universidad de Chicago ha creado una réplica de las condiciones características de los cúmulos de galaxias. Demostraron cómo se suprime la conducción térmica en un plasma, lo que hace que los cúmulos de galaxias sean más calientes de lo esperado.
El estudio ofrece una visión de los complejos procesos físicos que se dan en el interior de los cúmulos de galaxias.
Petros Tzeferacos, profesor asociado de física y astronomía, declaró: "Este trabajo abre una nueva vía experimental para abordar una antigua cuestión astrofísica: ¿Por qué los núcleos de los cúmulos de galaxias son tan calientes, a pesar de las copiosas cantidades de radiación que emiten? Tener en cuenta este balance energético nos ayudará a entender cómo evolucionan los cúmulos de galaxias y cómo se configura su estructura a gran escala."
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| Petros Tzeferacos (izquierda), profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de Rochester, científico principal del Laboratorio de Energía Láser (LLE) de la Universidad y director del Centro Flash de Ciencia Computacional, explica las simulaciones FLASH a sus colegas del LLE. Tzeferacos forma parte de un equipo internacional que utilizó el código FLASH para diseñar e interpretar experimentos que reprodujeran por primera vez en un entorno de laboratorio las condiciones que existen dentro de los cúmulos de galaxias. (Foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster) |
Los campos magnéticos enhebran el plasma dentro de un cúmulo de galaxias. Se encuentra en un estado turbulento, moviéndose de forma aleatoria como el humo de una chimenea.
Los científicos nunca han reproducido experimentalmente el plasma turbulento presente dentro de los cúmulos de galaxias. En este estudio, los científicos pudieron hacerlo utilizando láseres de alta potencia en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL).
Utilizando los láseres, los científicos vaporizaron láminas de plástico y generaron un plasma turbulento y magnetizado. Los electrones del plasma colisionan con poca frecuencia y acaban siguiendo las líneas del campo magnético enredado. Este fenómeno suprime la conducción del calor, dando lugar a bolsas de plasma caliente que no pueden escapar, lo que provoca que los núcleos de los cúmulos de galaxias sean mucho más calientes de lo previsto.
Gianluca Gregori, profesor de física de la Universidad de Oxford, que fue el investigador principal de estos experimentos, declaró: "Este trabajo es un paso importante para comprender los procesos microscópicos que se producen en los plasmas magnetizados y turbulentos. Los hallazgos experimentales son sorprendentes, ya que demuestran que la energía se transporta de formas muy diferentes a las que habríamos esperado a partir de simples teorías."
Las simulaciones tridimensionales realizadas con el código FLASH se utilizaron para ayudar a diseñar la plataforma y analizar los datos experimentales.
Según Tzeferacos, "las simulaciones FLASH y nuestros anteriores experimentos LLE fueron clave para desentrañar la física en juego en el plasma turbulento y magnetizado. Sin embargo, el nivel de supresión del transporte térmico estaba más allá de lo que esperábamos".
Fuentes, créditos y referencias:
Jena Meincke et al. Strong suppression of heat conduction in a laboratory replica of galaxy-cluster turbulent plasmas. DOI: 10.1126/sciadv.abj6799