Fig.1 :L'une des plus grandes installations laser pétawatt au monde, LFEX, situé à l'Institut d'ingénierie laser de l'Université d'Osaka. Crédit :Université d'Osaka
Des chercheurs de l'Institut d'ingénierie laser de l'Université d'Osaka ont utilisé avec succès des mais des explosions laser extrêmement puissantes pour générer une reconnexion de champ magnétique à l'intérieur d'un plasma. Ce travail peut conduire à une théorie plus complète de l'émission de rayons X à partir d'objets astronomiques comme les trous noirs.
En plus d'être soumis à des forces gravitationnelles extrêmes, la matière dévorée par un trou noir peut également être matraquée par une chaleur intense et des champs magnétiques. plasma, un quatrième état de la matière plus chaud que les solides, liquides, ou des gaz, sont constitués de protons et d'électrons chargés électriquement qui ont trop d'énergie pour former des atomes neutres. Au lieu, ils rebondissent frénétiquement en réponse aux champs magnétiques. Au sein d'un plasma, la reconnexion magnétique est un processus dans lequel des lignes de champ magnétique torsadées "se cassent" et s'annulent soudainement, résultant en la conversion rapide de l'énergie magnétique en énergie cinétique des particules. Dans les étoiles, y compris notre soleil, la reconnexion est responsable d'une grande partie de l'activité coronale, comme les éruptions solaires. En raison de la forte accélération, les particules chargées dans le disque d'accrétion du trou noir émettent leur propre lumière, généralement dans la région des rayons X du spectre.
Pour mieux comprendre le processus qui donne naissance aux rayons X observés provenant des trous noirs, des scientifiques de l'université d'Osaka ont utilisé des impulsions laser intenses pour créer des conditions tout aussi extrêmes en laboratoire. "Nous avons pu étudier l'accélération à haute énergie des électrons et des protons à la suite d'une reconnexion magnétique relativiste, ", dit l'auteur principal Shinsuke Fujioka. "Par exemple, l'origine de l'émission du célèbre trou noir Cygnus X-1, peut être mieux compris."
Fig.2 :La reconnexion magnétique est générée par l'irradiation du laser LFEX dans la micro-bobine. Le flux de particules accéléré par la reconnexion magnétique est évalué à l'aide de plusieurs détecteurs. A titre d'exemple des résultats, des sorties de protons avec des distributions symétriques ont été observées. Crédit :Université d'Osaka
Ce niveau d'intensité lumineuse n'est pas facile à obtenir, toutefois. Pendant un bref instant, le laser nécessitait deux pétawatts de puissance, équivalent à mille fois la consommation électrique de la planète entière. Avec le laser LFEX, l'équipe a pu atteindre des champs magnétiques de pointe avec un ahurissant 2, 000 telsas. En comparaison, les champs magnétiques générés par un appareil IRM pour produire des images diagnostiques sont typiquement de l'ordre de 3 teslas, et le champ magnétique terrestre est un dérisoire 0,00005 teslas. Les particules du plasma sont accélérées à un degré si extrême qu'il a fallu tenir compte des effets relativistes.
Fig.3 :Le champ magnétique généré à l'intérieur de la micro-bobine (à gauche), et les lignes de champ magnétique correspondant à la reconnexion magnétique (à droite) sont représentées. La géométrie des lignes de champ a changé de manière significative pendant (supérieure) et après (inférieure) la reconnexion. La valeur de crête du champ magnétique a été mesurée à 2, 100 T dans notre expérience. Crédit :Université d'Osaka
"Précédemment, la reconnexion magnétique relativiste n'a pu être étudiée que par simulation numérique sur un supercalculateur. Maintenant, c'est une réalité expérimentale en laboratoire avec des lasers puissants, ", déclare le premier auteur, King Fai Farley Law. Les chercheurs pensent que ce projet aidera à élucider les processus astrophysiques qui peuvent se produire dans des endroits de l'Univers contenant des champs magnétiques extrêmes.
