Um grupo de investigadores do Grupo de Lasers e Plasmas do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (GoLP/IPFN) descobriu um novo mecanismo físico que permite a conversão de raios-x ou raios-gama – os fotões, ou grãos de luz, mais energéticos – em ondas de rádio. A investigação que leva a esta descoberta é explicada num artigo recentemente publicado na prestigiada revista científica Physical Review Letters, associado ao trabalho do antigo aluno de doutoramento do Instituto Superior Técnico, Fabrizio del Gaudio. São também coautores do artigo: o professor Luís Oliveira e Silva, docente do Departamento de Física (DF), o professor Ricardo A. Fonseca, docente do Instituto Universitário de Lisboa (ISCTE) e o investigador Thomas Grismayer.
Ao propagarem-se num plasma com um campo magnético forte, os fotões energéticos criam uma esteira, exatamente da mesma forma que um barco cria uma esteira ou rasto na superfície de um lago. Até à publicação deste trabalho de investigação, julgava-se que só fotões de energias mais baixas- como os associados aos lasers existentes em laboratório- poderiam gerar estas ondas nos plasmas. O trabalho dos investigadores do Grupo Lasers e Plasmas demonstra que, através de um processo quântico designado por difusão de Compton, os fotões muito energéticos dão piparotes nos eletrões, empurrando-os sucessivamente para longe da sua posição de equilíbrio e gerando à sua passagem uma esteira de ondas no plasma.
Quando esta esteira de ondas se propaga para longe da zona onde existe o campo magnético pode converter-se em ondas de rádio. Os investigadores do Técnico conjeturam que este mecanismo pode estar presente em magnetares- estrelas de neutrões com campos magnéticos ultra intensos- ou em explosões de raios-gama. Observações astronómicas recentes indicam que os misteriosos flashes de ondas de rádio que têm sido observados desde os anos 50 estão associados a magnetares, podendo o mecanismo descrito pelos investigadores do IPFN contribuir para a explicação destes misteriosos flashes de ondas rádio.
De acordo com Thomas Grismayer, “a emissão de raios-x é frequente em astrofísica, porém este mecanismo para a conversão dos raios-x em ondas eletromagnéticas coerentes é um processo até este trabalho desconhecido”. O professor Luís Oliveira e Silva reforça esta mensagem, vincando que “este é um processo de física dos plasmas muito fundamental, mas que pensamos que tem muitas implicações”. As condições onde este mecanismo opera exigem fluxos de raios-X muito elevados, como os que existem em magnetares, porém os investigadores do Técnico estão a estudar a possibilidade de reproduzir esta física em laboratório, generalizando assim este trabalho para cenários menos extremos.
O trabalho em questão foi realizado no âmbito do projeto “In Silico Pair Plasmas: from ultra intense lasers to relativistic astrophysics in the laboratory” (InPairs), que conquistou uma Advanced Grant, do European Research Council (ERC), em 2015. Para o desenvolvimento da investigação foi também utilizado o supercomputador MareNostrum 4, o 25.º computador mais poderoso do mundo, localizado em Barcelona.
