A revista científica Physical Review Letters conta com mais um artigo coassinado por Frederico Fiúza, professor do Instituto Superior Técnico e investigador do Grupo de Lasers e Plasmas, equipa inserida no Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN). Desta vez, o docente, em conjunto com colegas da Universidade de Sorbonne (França), da Universidade de Princeton (EUA) e do Instituto Nacional de Ciências Naturais do Japão, debruçou-se sobre fenómenos associados a explosões estelares.

Quando uma estrela explode, a matéria emitida por esta gera ondas de choque violentas que aquecem os eletrões do meio interestelar três ordens de grandeza acima do que seria esperado pela compressão adiabática do choque (o aumento de temperatura que se verifica durante a compressão de gases em sistemas isolados). Os mecanismos por detrás deste aquecimento ‘fora de escala’ têm-se mantido uma incógnita, mas o artigo agora publicado avança uma nova teoria para a partição de energia entre eletrões e iões nestas ondas de choque.

Devido a terem uma maior massa que os eletrões, os iões transportam a maior parte da energia numa fase inicial. Não havendo choques colisionais, a troca de energia entre estas partículas terá de dever-se a processos eletromagnéticos coletivos. Os autores mostram que a diferença de inércia entre eletrões e iões leva a uma dispersão diferencial entre as duas espécies no campo magnético turbulento que é produzido à frente do choque, levando à formação de um campo elétrico. É este campo elétrico que, por sua vez, vai levar ao aquecimento eficiente dos eletrões, num processo do tipo de aquecimento de Joule, com os eletrões a atingirem uma temperatura que chega a uma fração elevada da dos iões, tal como inferido por observações astronómicas.

O modelo teórico revela um bom acordo com simulações de primeiros princípios, com a sua generalidade a abrir novas vias para o estudo do transporte e aquecimento de eletrões em diferentes cenários dominados por turbulência magnética (que vão das explosões estelares aos plasmas de fusão).

O trabalho foi realizado no âmbito do projeto Extreme Particle Acceleration in Shocks: from the laboratory to astrophysics (XPACE) que, em 2023, conquistou uma bolsa Consolidator Grant do Conselho Europeu de Investigação. Frederico Fiúza foi também recentemente distinguido com o prémio Lev D. Landau e Lyman Spitzer Jr., pelo seu contributo na área da Física de Plasmas.

Texto em colaboração com o Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN).