Cientistas usam 196 lasers para confirmar teoria sobre aglomerados de galáxias

Cientistas de grandes universidades americanas se uniram para desvendar um mistério em torno de aglomerados de galáxias usando 196 lasers.

Primeiramente, aglomerados de galáxias são conjuntos de dezenas de milhares de galáxias atraídas pela gravidade, que juntas formam os maiores objetos do universo.

“Aglomerados de galáxias são uma das coisas mais inspiradoras do universo”, afirmou o Prof. Don Lamb, astrofísico da Universidade de Chicago, parte de um experimento relatado em um artigo que pode oferecer a solução para um grande mistério da ciência.

Há muitos anos os cientistas tem o conhecimento de que o gás hidrogênio em aglomerados de galáxias é extremamente quente, com temperaturas em torno de 10 milhões de graus Kelvin, quase a mesma temperatura do centro do sol. A temperatura é tão alta que os átomos de hidrogênio não conseguem existir. Nessas condições, o gás é um plasma que consiste de prótons e elétrons.

Apesar disso ser conhecimento geral na comunidade científica, existe um grande mistério restante: não existe nenhuma explicação para o motivo de o gás hidrogênio continuar tão quente. Afinal, de acordo com as leis da física, a tendência seria de resfriamento com a idade do universo, mas isso não aconteceu.

Mas existia um grande desafio para aqueles tentando desvendar o motivo para isso. E esse motivo é a dificuldade para recriar as condições exatas dos aglomerados de galáxia.

No entanto, existe um laboratório capaz de chegar perto disso. O National Ignition Facility (NIF) no Laboratório Nacional Lawrence Livermore é capaz de recriar as condições extremas dos aglomerados de galáxias usando lasers, mas apenas por uma minúscula fração de segundo em um volume bem reduzido.

galáxias lasers
Técnico trabalha na National Ignition Facility, onde foi realizado o experimento. Divulgação/National Ignition Facility

Foi o que fizeram os cientistas das Universidades de Chicago, Oxford e Rochester, que se uniram para criar condições similares ao gás quente dos gigantes aglomerados de galáxias. “Os experimentos conduzidos no NIF são literalmente fora desse mundo”, afirmou Jena Meinecke, uma das cientistas envolvidas no projeto.

O experimento para simular as condições dos aglomerados de galáxias envolveu 196 lasers que apontaram para um único alvo bem pequeno, criando um plasma branco quente com campos magnéticos intensos que duraram alguns bilionésimos de segundos.

Mas esse experimento em um tempo tão limitado foi o suficiente para determinar que a temperatura na verdade não é uniforme, e que na verdade existem pontos quentes e frios no plasma.

O experimento se alinha com uma teoria das astrofísica de como o calor ficaria preso dentro dos aglomerados de galáxias. Em condições normais, o calor seria distribuído com a colisão de elétrons uns nos outros. Mas o emaranhados de campos magnéticos dentro do plasma pode afetar tais elétrons. Isso faz com que eles vão em espirais na direção dos campos magnéticos, impedindo a distribuição e dispersão uniforme de energia.

Inclusive, no experimento realizado os cientistas verificaram que a condução de energia foi suprimida por um fator superior a 100. “Este é um resultado incrivelmente animador porque nós fomos capazes de mostrar que o que os astrofísicos propuseram está no caminho certo”, afirmou Robert A. Millikan, professor de Astronomia e Astrofísica.

“Este é realmente um resultado surpreendente. As simulações foram fundamentais para desvendar a física em jogo no plasma turbulento e magnetizado, mas o nível de supressão do transporte térmico foi além do que esperávamos”, adicionou o Prof. Petros Tzeferacos, da Universidade de Rochester.

As simulações foram feitas por com códigos de computador chamados de códigos FLASH, desenvolvidos na Universidade de Chicago, utilizando o Flash Center for Computational Science da Universidade de Rochester, liderado por Tzeferacos. Tal código permite que os cientistas simulem seus experimentos em detalhes mínimos antes que sejam feitos, para que os resultados sejam encontrados.

Todo esse cuidado é necessário porque os cientistas só tem algumas poucas tentativas para realizar o experimento, e se algo der errado não é possível refazer. Com o experimento durando tão pouco tempo, é preciso se certificar que as medidas necessárias sejam feitas no tempo exato.

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Apesar de a descoberta feita ser extremamente animadora, ainda existem mais dúvidas sobre aglomerados de galáxias para serem exploradas. O grupo pretende realizar mais experimentos ainda em 2022 para entender exatamente o que está acontecendo nesses aglomerados.

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