Las galaxias rara vez viven solas. En cambio, la gravedad atrae a decenas o miles, formando vastos cúmulos que son los objetos más grandes del universo.
"Los cúmulos de galaxias son una de las cosas más asombrosas del universo", dijo el profesor emérito Don Lamb, astrofísico de la Universidad de Chicago y coautor de un nuevo artículo publicado el 9 de marzo, uno que puede señalar el caminohacia la solución de un misterio de décadas.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el gas de hidrógeno en los cúmulos de galaxias es extremadamente caliente, alrededor de 10 millones de grados Kelvin, o aproximadamente la misma temperatura que el centro del sol, que es tan caliente que los átomos de hidrógeno no pueden existir. En cambio, el gases un plasma formado por protones y electrones.
Pero persiste un rompecabezas: no hay una explicación directa de por qué o cómo el gas se mantiene tan caliente. De acuerdo con las reglas normales de la física, debería haberse enfriado dentro de la edad del universo. Pero no lo ha hecho.
El desafío para cualquiera que intente resolver este acertijo es que no puede crear exactamente este tipo de condiciones magnéticas y poderosamente calientes en su patio trasero.
Sin embargo, ahora hay un lugar en la Tierra donde se puede: la instalación láser más energética del mundo. La Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es capaz de crear condiciones tan extremas, aunque solo por una pequeña fracción de segundo.segundo en un volumen del tamaño de una moneda de diez centavos.
Científicos de UChicago, la Universidad de Oxford y la Universidad de Rochester trabajaron juntos para usar la Instalación Nacional de Ignición, ubicada en Livermore, California, para crear condiciones similares al gas caliente en los cúmulos de galaxias gigantes. "Los experimentos realizadosen el NIF están literalmente fuera de este mundo", dijo Jena Meinecke, quien fue la primera autora del artículo.
Los científicos enfocaron 196 láseres en un solo objetivo diminuto, creando un plasma al rojo vivo con intensos campos magnéticos que existe durante unas pocas mil millonésimas de segundo.
Esto fue lo suficientemente largo para determinar que en lugar de una temperatura uniforme, había puntos fríos y calientes en el plasma.
Esto encaja con una de las teorías que se ha propuesto sobre cómo el calor queda atrapado dentro de los cúmulos de galaxias. Normalmente, el calor se distribuiría fácilmente a medida que los electrones chocan entre sí. Pero los campos magnéticos enredados dentro del plasma pueden afectar estos electrones, causandoen espiral a lo largo de la dirección de los campos magnéticos, lo que puede evitar que distribuyan y dispersen uniformemente su energía.
De hecho, en el experimento vieron que la conducción de energía fue suprimida por más de un factor de 100.
"Este es un resultado increíblemente emocionante porque hemos podido demostrar que lo que los astrofísicos han propuesto va por el camino correcto", dijo Lamb, el Profesor Emérito de Astronomía y Astrofísica del Servicio Distinguido de Robert A. Millikan.
"De hecho, este es un resultado sorprendente", agregó el coautor del estudio, el Prof. Petros Tzeferacos de la Universidad de Rochester, quien supervisó las simulaciones por computadora del complicado experimento. "Las simulaciones fueron clave para desentrañar la física en juego en el turbulento plasma magnetizado, pero el nivel de supresión del transporte térmico fue más allá de lo que esperábamos".
Las simulaciones se realizaron con un código de computadora llamado códigos FLASH, que se desarrolló en la Universidad de Chicago y ahora se aloja en el Flash Center for Computational Science de la Universidad de Rochester, dirigido por Tzeferacos. El código permite a los científicos simularsus experimentos con láser con exquisito detalle antes de hacerlos, para que puedan lograr los resultados que buscan.
Esto es fundamental porque los científicos solo obtienen unas pocas tomas preciosas en las instalaciones; si algo sale mal, no se puede volver a hacer. Y debido a que las condiciones del experimento solo duran nanosegundos, los científicos deben asegurarse de tomar las medidas que necesitan enexactamente en el momento adecuado. Esto significa que todo tiene que estar planeado con precisión con mucha antelación.
"Es un desafío cuando estás en los extremos de lo que se puede hacer, pero ahí es donde está la frontera", dijo Lamb.
Sin embargo, quedan más preguntas sobre la física de los cúmulos de galaxias. Aunque los puntos calientes y fríos son evidencia sólida del impacto de los campos magnéticos en el enfriamiento del gas caliente en los cúmulos de galaxias, se necesitan más experimentos para comprender exactamente qué está sucediendoEl grupo está planeando su próxima ronda de experimentos en NIF a finales de este año.
Por el momento, sin embargo, están felices de haber arrojado luz sobre por qué el gas en los cúmulos de galaxias aún está caliente incluso después de miles de millones de años.
Las galaxias rara vez viven solas. En cambio, la gravedad atrae a decenas o miles, formando vastos cúmulos que son los objetos más grandes del universo.
"Los cúmulos de galaxias son una de las cosas más asombrosas del universo", dijo el profesor emérito Don Lamb, astrofísico de la Universidad de Chicago y coautor de un nuevo artículo publicado el 9 de marzo, uno que puede señalar el caminohacia la solución de un misterio de décadas.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el gas de hidrógeno en los cúmulos de galaxias es extremadamente caliente, alrededor de 10 millones de grados Kelvin, o aproximadamente la misma temperatura que el centro del sol, que es tan caliente que los átomos de hidrógeno no pueden existir. En cambio, el gases un plasma formado por protones y electrones.
Pero persiste un rompecabezas: no hay una explicación directa de por qué o cómo el gas se mantiene tan caliente. De acuerdo con las reglas normales de la física, debería haberse enfriado dentro de la edad del universo. Pero no lo ha hecho.
El desafío para cualquiera que intente resolver este acertijo es que no puede crear exactamente este tipo de condiciones magnéticas y poderosamente calientes en su patio trasero.
Sin embargo, ahora hay un lugar en la Tierra donde se puede: la instalación láser más energética del mundo. La Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es capaz de crear condiciones tan extremas, aunque solo por una pequeña fracción de segundo.segundo en un volumen del tamaño de una moneda de diez centavos.
Científicos de UChicago, la Universidad de Oxford y la Universidad de Rochester trabajaron juntos para usar la Instalación Nacional de Ignición, ubicada en Livermore, California, para crear condiciones similares al gas caliente en los cúmulos de galaxias gigantes. "Los experimentos realizadosen el NIF están literalmente fuera de este mundo", dijo Jena Meinecke, quien fue la primera autora del artículo.
Los científicos enfocaron 196 láseres en un solo objetivo diminuto, creando un plasma al rojo vivo con intensos campos magnéticos que existe durante unas pocas mil millonésimas de segundo.
Esto fue lo suficientemente largo para determinar que en lugar de una temperatura uniforme, había puntos fríos y calientes en el plasma.
Esto encaja con una de las teorías que se ha propuesto sobre cómo el calor queda atrapado dentro de los cúmulos de galaxias. Normalmente, el calor se distribuiría fácilmente a medida que los electrones chocan entre sí. Pero los campos magnéticos enredados dentro del plasma pueden afectar estos electrones, causandoen espiral a lo largo de la dirección de los campos magnéticos, lo que puede evitar que distribuyan y dispersen uniformemente su energía.
De hecho, en el experimento vieron que la conducción de energía fue suprimida por más de un factor de 100.
"Este es un resultado increíblemente emocionante porque hemos podido demostrar que lo que los astrofísicos han propuesto va por el camino correcto", dijo Lamb, el Profesor Emérito de Astronomía y Astrofísica del Servicio Distinguido de Robert A. Millikan.
"De hecho, este es un resultado sorprendente", agregó el coautor del estudio, el Prof. Petros Tzeferacos de la Universidad de Rochester, quien supervisó las simulaciones por computadora del complicado experimento. "Las simulaciones fueron clave para desentrañar la física en juego en el turbulento plasma magnetizado, pero el nivel de supresión del transporte térmico fue más allá de lo que esperábamos".
Las simulaciones se realizaron con un código de computadora llamado códigos FLASH, que se desarrolló en la Universidad de Chicago y ahora se aloja en el Flash Center for Computational Science de la Universidad de Rochester, dirigido por Tzeferacos. El código permite a los científicos simularsus experimentos con láser con exquisito detalle antes de hacerlos, para que puedan lograr los resultados que buscan.
Esto es fundamental porque los científicos solo obtienen unas pocas tomas preciosas en las instalaciones; si algo sale mal, no se puede volver a hacer. Y debido a que las condiciones del experimento solo duran nanosegundos, los científicos deben asegurarse de tomar las medidas que necesitan enexactamente en el momento adecuado. Esto significa que todo tiene que estar planeado con precisión con mucha antelación.
"Es un desafío cuando estás en los extremos de lo que se puede hacer, pero ahí es donde está la frontera", dijo Lamb.
Sin embargo, quedan más preguntas sobre la física de los cúmulos de galaxias. Aunque los puntos calientes y fríos son evidencia sólida del impacto de los campos magnéticos en el enfriamiento del gas caliente en los cúmulos de galaxias, se necesitan más experimentos para comprender exactamente qué está sucediendoEl grupo está planeando su próxima ronda de experimentos en NIF a finales de este año.
Por el momento, sin embargo, están felices de haber arrojado luz sobre por qué el gas en los cúmulos de galaxias aún está caliente incluso después de miles de millones de años.
"Es un recordatorio de que el universo está lleno de cosas asombrosas", dijo Lamb.
El investigador principal del experimento fue el Prof. Gianluca Gregori de la Universidad de Oxford. Los miembros del equipo también incluyeron al Prof. Alexander Schekochihin de Oxford, Archie Bott de Princeton y James Steven Ross del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago. Original escrito por Louise Lerner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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