Pablo J. Bilbao, investigador e estudante de doutoramento do Instituto Superior Técnico, conduziu a investigação – que originou este artigo de que é autor principal – sob orientação de Luís O. Silva, professor do Departamento de Física e investigador do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN).Os investigadores descobriram um novo mecanismo, na física de plasmas, que poderá explicar o processo, até aqui desconhecido, por trás da emissão de radiação de objetos astrofísicos, como “Fast Radio Bursts”. Além disso, o artigo sugere que outras configurações físicas podem ter efeitos semelhantes, estimulando a investigação em física de plasmas extrema em laboratório.
A distribuição do momento de um plasma é uma ferramenta matemática usada pelos físicos para compreender como a energia de um plasma se encontra distribuída entre os seus componentes – átomos, iões e eletrões. Normalmente, as partículas de energia mais elevada são menos comuns do que as de energia mais baixa. No entanto, este artigo mostra que a aplicação de campos magnéticos fortes a plasmas extremamente quentes, provocará o arrefecimento destes e originar-se-ão distribuições de momento em forma de anel. Ou seja, a energia do plasma fica distribuída de forma diferente, com mais partículas de alta energia do que de baixa energia. Em consequência, esses plasmas podem gerar luz coerente, de forma semelhante ao funcionamento de um laser. Embora a existência de tais plasmas tenha sido previamente sugerida, até agora não havia explicação para o mecanismo de formação dos anéis.
Um resultado bem conhecido da eletrodinâmica clássica é o facto de as partículas com carga emitirem radiação, quando são aceleradas em campos eletromagnéticos potentes. Quando as partículas são relativistas e os campos são fortes, esta radiação é designada radiação síncrotrão, ocorrendo na região dos raios X ou até mesmo em energias mais elevadas do espectro eletromagnético, com muitas aplicações em ciência e tecnologia. Se a energia perdida pelas partículas via radiação for comparável à sua energia cinética, o seu movimento é alterado de forma dramática, com as partículas a desacelerar e a amortecer por reação de radiação ou amortecimento de radiação – fenómeno estudado, desde a década de 1890 por Lorentz e, desde então, por um grande número físicos destacados, incluindo Abraham, von Laue, Born, Pauli, Dirac e Landau.
Atualmente, os cientistas admitem que os efeitos da reação da radiação desempenham um papel importante nos plasmas que rodeiam a magnetosfera de pulsares e magnetares. Esses objetos celestes possuem campos magnéticos tremendos que podem exceder 100 mil Teslas – um valor 2,2 mil vezes mais forte que os ímanes contínuos mais potentes produzidos na Terra que atingem 45 Teslas. Contextualizando, “supondo que um pequeno íman de porta de frigorífico, cujo campo magnético é de 0,01 Teslas, é ampliado até alcançar a mesma potência de um pulsar ou magnetar, este seria capaz de levantar 100 toneladas de ferro”, explica o investigador.
A mais recente geração de experiências laboratoriais com lasers intensos permite a criação de plasmas sob campos eletromagnéticos igualmente intensos, tornando cada vez mais relevante o estudo dos efeitos da reação da radiação na dinâmica coletiva do plasma.
Esta descoberta abre uma nova via de investigação com a equipa envolvida a planear continuar a estudar este novo efeito em diferentes cenários, como configurações de laboratório de plasma a laser e outros objetos astrofísicos.
