O CERN aprendeu a imitar os jatos de buracos negros supermassivos – eles ficaram iguais aos reais

Jatos – jatos de plasma – de buracos negros supermassivos são claramente visíveis em muitos espectros, desde a faixa dos raios gama até o visível. Mas isso não significa que os cientistas compreendam totalmente a microfísica dos jatos. O que realmente acontece em uma nuvem de plasma voando próximo à velocidade da luz ainda é um mistério, que a teoria e a modelagem estão tentando responder. Uma tentativa de reproduzir o jato de plasma de um buraco negro na Terra foi feita por físicos do CERN. E eles conseguiram.

Representação artística de um jato de buraco negro. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

Para o experimento, os cientistas usaram a instalação HiRadMat para bombardear materiais com feixes de prótons de alta energia. Geralmente é usado para estudar materiais promissores ou componentes de aceleradores. Desta vez, os cientistas pretendiam obter um jato de plasma na forma de pares elétron-pósitron. Acredita-se que é esse tipo de plasma que predomina nos jatos de buracos negros supermassivos. Para isso, um feixe de prótons no valor de 300 bilhões de partículas do síncrotron foi enviado para alvos feitos de grafite e tântalo. O impacto nos alvos desencadeou uma cascata de interações entre partículas, que resultou na criação de um número suficiente de pares elétron-pósitron para manter um estado estável do plasma.

A energia dos prótons foi suficiente para liberar partículas subatômicas de píons dos núcleos de carbono do grafite. Os píons, por sua vez, decaíram rapidamente em raios gama de alta energia. Esses raios gama interagiram então com o campo elétrico do tântalo, que produziu pares de elétrons e pósitrons. O teste produziu 10 trilhões de pares elétron-pósitron – mais do que o suficiente para fazer com que a nuvem de partículas criada artificialmente se comportasse como plasma real.

Fonte da imagem: Ilustração do Laboratório de Energia Laser da Universidade de Rochester / Heather Palmer

«A ideia principal destes experimentos é reproduzir fenômenos astrofísicos, como jatos de buracos negros e estrelas de nêutrons, em um laboratório de microfísica, disseram os pesquisadores. “O que sabemos sobre estes fenómenos vem quase exclusivamente de observações astronómicas e simulações de computador, mas os telescópios não podem sondar verdadeiramente a microfísica e as simulações requerem aproximações. Experimentos de laboratório como esses são a ponte entre essas duas abordagens”.