Um a cada dez buracos negros supermassivos no centro de galáxias emitem jatos de plasma que podem viajar em velocidades próximas a da luz. No entanto, é difícil saber como eles se formam e quais são os seus efeitos a partir de observações astronômicas e simulações de computador, assim, pesquisadores os recriaram na Terra.
Os cientistas acreditam que os jatos de plasma são formados, entre outras coisas, por pares de elétrons e pósitrons, os elétrons da antimatéria, moldando a dinâmica e quantidade de energia do buraco negro e seu entorno. No estudo publicado na revista Nature Communications, os pesquisadores da colaboração Fireball, liderados por Charles Arrowsmith, usaram as instalações HiRadMat no CERN para recriá-los, permitindo que eles sejam detalhadamente estudados em laboratório.
Recriar feixes de elétrons-pósitrons em laboratório não é algo exatamente difícil, mas até agora, os pesquisadores não haviam conseguido criar pares o suficiente dessas partículas para o plasma poder se sustentar. Sem isso, não é possível investigar os jatos de buraco negro e explicar as observações astronômicas.
No entanto, com o HiRadMat, os pesquisadores conseguiram capturar cerca de 300 milhões de prótons do Super Proton Synchrotron e lançá-los contra alvos de grafite e tântalo, desencadeando interações de partículas que produziram muitos pares de elétrons-pósitrons. A quantidade de partículas geradas ultrapassou os dez trilhões, o suficiente para sustentar o estado plasmático pela primeira vez.
Isso se dá porque quando os prótons se chocam com os núcleos de carbono do grafite, a enorme quantidade de energia faz com os píons neutros dentro deles sejam liberados. Essas partículas decaem rapidamente em raios gamas de alta energia, que ao interagirem com o campo magnético do tântalo acabam produzindo pares de elétrons e pósitrons.
A ideia básica destes experimentos é reproduzir em laboratório a microfísica de fenômenos astrofísicos, como jatos de buracos negros e estrelas de nêutrons. O que sabemos sobre estes fenômenos vem quase exclusivamente de observações astronômicas e simulações de computador, mas os telescópios não podem realmente investigar a microfísica e as simulações envolvem aproximações. Experimentos de laboratório como esses são uma ponte entre essas duas abordagens.
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