MADRID, 8 Ene. (EUROPA PRESS) -
El desarrollo de láseres ultraintensos que ofrecen la misma potencia que toda la red eléctrica de EEUU ha permitido el estudio de fenómenos cósmicos como supernovas y agujeros negros en laboratorios.
Ahora, un nuevo método desarrollado por astrofísicos computacionales en la Universidad de Chicago permite a los científicos analizar una característica clave de estos eventos: sus potentes y complejos campos magnéticos.
En el campo de la física de densidad de alta energía, los científicos estudian una amplia gama de objetos astrofísicos -estrellas, agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias y cúmulos de galaxias- con experimentos de laboratorio tan pequeños como un céntimo y duran solo unas pocas milmillonésimas de un segundo Al enfocar poderosos láseres en un objetivo cuidadosamente diseñado, los investigadores pueden producir plasmas que reproducen las condiciones observadas por los astrónomos en nuestro sol y galaxias distantes.
La planificación de estos complejos y costosos experimentos requiere una simulación de computadora de gran escala y alta fidelidad de antemano. Desde 2012, el Flash Center for Computational Science del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago ha proporcionado el código informático abierto, llamado FLASH, para estas simulaciones de física de densidad de alta energía, que permite a los investigadores ajustar los experimentos y desarrollar métodos de análisis antes de su ejecución en laboratorios como el National Ignition Facility en el Lawrence Livermore National Laboratory o la Instalación Láser OMEGA.
"Tan pronto como FLASH estuvo disponible, hubo una especie de estampida para usarlo en el diseño de experimentos", dijo en un comunicado Petros Tzeferacos, profesor asistente de investigación de astronomía y astrofísica y director asociado del Centro Flash.
Durante estos experimentos, los haces de la sonda láser pueden proporcionar a los investigadores información sobre la densidad y la temperatura del plasma. Pero una medida clave, el campo magnético, ha permanecido esquivo. Para tratar de deducir las mediciones del campo magnético de las condiciones extremas del plasma, los científicos del MIT desarrollaron una técnica de diagnóstico experimental que utiliza partículas cargadas en su lugar, llamadas radiografías de protones.
En un nuevo artículo para la revista Review of Scientific Instruments, los científicos del Flash Center Carlo Graziani, Donald Lamb y Tzeferacos, con Chikang Li del MIT, describen un nuevo método para adquirir información cuantitativa y de alta resolución sobre estos campos magnéticos. Su descubrimiento, refinado mediante simulaciones de FLASH y resultados experimentales reales, abre nuevas puertas para la comprensión de los fenómenos cósmicos.
"Elegimos ir después de experimentos motivados por la astrofísica, donde los campos magnéticos eran importantes", dijo Lamb, Profesor Emérito del Servicio Distinguido Robert A. Millikan en Astronomy & Astrophysics y director del Centro Flash. "La creación del código más la necesidad de tratar de descubrir cómo entender qué campos magnéticos se crean nos llevó a construir este software, que por primera vez puede reconstruir cuantitativamente la forma y la fuerza del campo magnético".
Al realizar experimentos simulados con campos magnéticos conocidos, el equipo de Flash Center construyó un algoritmo que puede reconstruir el campo a partir del patrón de la radiografía de protones. Una vez calibrado computacionalmente, el método se aplicó a los datos experimentales recopilados en las instalaciones de láser, revelando nuevos conocimientos sobre eventos astrofísicos.
La combinación del código FLASH, el desarrollo del diagnóstico de radiografía de protones y la capacidad de reconstruir campos magnéticos a partir de los datos experimentales están revolucionando la astrofísica de plasma de laboratorio y la física de densidad de alta energía (HEDP en inglés). "La disponibilidad de estas herramientas ha causado que la cantidad de experimentos HEDP que estudian los campos magnéticos se disparen", dijo Lamb.
El nuevo software para la reconstrucción de campos magnéticos, denominado PRaLine, se compartirá con la comunidad como parte del próximo lanzamiento del código FLASH y como un componente separado disponible en GitHub. Lamb y Tzeferacos dijeron que esperan que se use para estudiar muchos temas astrofísicos, como la aniquilación de campos magnéticos en la corona solar; chorros astrofísicos producidos por objetos estelares jóvenes, el pulsar de la Nebulosa del Cangrejo y los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias; y la amplificación de los campos magnéticos y la aceleración de los rayos cósmicos por los impactos en los remanentes de supernova.
