Există hidrogen în clusterele de galaxii care este extrem de cald – având temperaturi de circa 10 milioane de grade Kelvin. Cum este posibil una ca asta? Nu ar trebui să existe un gaz așa de cald. Pentru a dezlega acest mister oamenii de știință au folosit 196 de lasere recreând condițiile care au dat naștere acestui fenomen.

Hidrogenul din clusterele de galaxii

Galaxiile de cele mai multe ori se grupează în clustere mai mari sau mai mici de galaxii, dând astfel naștere celor mai mari structuri din Univers. Cauza este evident atracția gravitațională care le apropie și le menține împreună. În aceste galaxii există hidrogen gazos care este extrem de cald, având temperaturi de până la 10 milioane de grade Kelvin, adică mai mult sau mai puțin temperatura din centrul Soarelui.

Hidrogenul extrem de cald

Temperatura extrem de ridicată a hidrogenului din clusterele de galaxii reprezintă un mister. La aceste temperaturi hidrogenul atomic nu există – electronii se separă de nucleu (în cazul hidrogenului un proton) generând plasmă. Teoretic se aștepta că temperatura să fie mult mai mică decât 10 milioane de grade, ținând cont de evoluția Universului – expansiunea acestuia și alte procese care ar fi avut ca rezultat răcirea Universului. Care este atunci fenomenul care duce la existența acestor temperaturi extreme?

196 lasere

Cum putem studia în laborator acest fenomen? Evident nu putem crea o temperatură așa de mare – 10 milioane de grade – și să o menținem ca să studiem fenomenul „pe îndelete”. Într-un articol publicat recent în Science Advances se arată cum un grup de cercetători a reușit să reproducă pentru câteva fracțiuni de secundă și într-o regiune a spațiului foarte mică aceste condiții de temperatură și de turbulență în plasmă. Practic au focalizat 196 de lasere la laboratorul NIF (National Ignition Facility) de la Lawrence Livermore National Laboratory în Statele Unite pe o țintă unde s-au recreat condițiile care se presupune că au loc în gazul din clusterele de galaxii. A fost generată o plasmă extrem de caldă care avea în interior câmpuri magnetice extrem de intense. În mod normal temperatura s-ar distribui uniform, însă din cauza câmpurilor magnetice intense electronii din plasmă aveau o traiectorie în spirală în câmpul magnetic, nereușind să distribuie energia. În final se generau regiuni mai reci și altele extrem de calde. Transportul de energie (căldură) era de circa 100 de ori mai mic dacât în absența câmpurilor magnetice. Pentru a ajunge la acest rezultat cercetătorii au simulat mai întâi pe calculator procesul cu un cod numeric denumit FLASH. Doar după ce au înțeles foarte bine rezultatele simulării au efectuat experimentul, țînând cont că aveau la dispoziție un timp foarte limitat de folosire a celor 196 de lasere la NIF.

Planuri de viitor

Chiar dacă procesul a fost înțeles, adică temperaturile atât de mari sunt datorate câmpurilor magnetice extrem de intense din plasmă, nu toate detaliile au fost la fel de bine studiate. Pentru viitor cercetătorii au planificat noi experimente la NIF, care să ne ajute să înțelegem mai bine cum este posibil ca în clusterele de galaxii să existe un gaz cu temperatura de circa 10 milioane de grade într-un Univers care are circa 14 miliarde de ani de viață de la naștere (adică de la Big Bang).

Toate aceste studii sunt extrem de importante în astrofizică și cosmologie, întrucât ajută la înțelegerea proceselor din Univers. Sunt încă multe lucruri de descoperit și, cum ne demonstrează acest experiment, reușim să înțelegem din ce în ce mai bine în laboratoarele noastre ceea ce se întâmplă departe de noi.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe