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| Anillo de fuego. Una imagen del experimento muestra el anillo de plasma en rotación y los ocho haces de plasma que lo crearon. Crédito: V. Valenzuela-Villaseca et al. |
Se han planteado varias cuestiones sobre la formación de discos de acreción a partir del plasma y otras materias que caen en un agujero negro. Cuando la materia cae en un agujero negro, se calienta y se convierte en plasma.
El plasma comienza a girar en una estructura llamada disco de acreción. La rotación provoca una fuerza centrífuga que empuja el plasma hacia el exterior, equilibrada por la gravedad del agujero negro que tira de él hacia el interior.
Estos anillos brillantes de plasma en órbita plantean un reto: ¿cómo puede expandirse un agujero negro si la materia queda atrapada en órbita en lugar de caer en el agujero? Según la teoría más avanzada, la inestabilidad del campo magnético en el plasma provoca fricción, lo que hace que pierda energía y se hunda hacia el agujero negro.
La principal forma de comprobarlo es utilizar metales líquidos que puedan girar y observar lo que ocurre cuando se aplican campos magnéticos. Los metales, sin embargo, no son una representación real del plasma que fluye libremente porque deben estar contenidos dentro de tuberías.
El dispositivo Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) ha sido utilizado ahora por investigadores del Imperial para hacer girar el plasma de una forma más exacta a los discos de acreción.
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| Molinete de plasma. Los haces de plasma dirigidos hacia el interior pero ligeramente descentrados generan un anillo de plasma giratorio. El plasma es libre de expandirse hacia arriba y hacia abajo. Crédito: V. Valenzuela-Villaseca et al. |
Utilizando el MAGPIE, los científicos aceleraron ocho chorros de plasma y colisionaron con ellos, formando una columna giratoria. Descubrieron que lo más cercano al interior del anillo giratorio se movía más rápido, una característica esencial de los discos de acreción en el Universo.
El primer autor, el Dr. Vicente Valenzuela-Villaseca, realizó el estudio durante su doctorado en el Departamento de Física del Imperial, financiado por una beca del Presidente. Dijo: "Comprender cómo se comportan los discos de acreción no sólo nos ayudará a desvelar cómo crecen los agujeros negros, sino también cómo colapsan las nubes de gas para formar estrellas, e incluso cómo podríamos ser capaces de crear mejor nuestras estrellas comprendiendo la estabilidad de los plasmas en experimentos de fusión."
MAGPIE sólo permite un único giro del disco porque genera breves pulsos de plasma. Sin embargo, este experimento de prueba de concepto demuestra cómo podrían lograrse más rotaciones con pulsos más largos, lo que permitiría una caracterización más precisa de las propiedades del disco. Una mayor duración del experimento también permitiría la aplicación de campos magnéticos para examinar su impacto en la fricción del sistema.
En palabras del Dr. Valenzuela-Villaseca: "Estamos sólo al principio de poder observar estos discos de acreción de formas totalmente nuevas, que incluyen nuestros experimentos e instantáneas de agujeros negros con el Telescopio de Horizontes de Sucesos. Esto nos permitirá poner a prueba nuestras teorías y ver si coinciden con las observaciones astronómicas".
Fuentes, créditos y referencias: