Un esperimento che utilizza raggi di protoni per indagare su come si interagiscono il plasma e i campi magnetici potrebbe aver appena risolto il mistero di come i quasar e altri buchi neri supermassivi attivi sprigionano i loro getti relativistici. Immaginiamo la scena nel cuore di un quasar. Un buco nero supermassivo, forse cento milioni – o addirittura miliardi – di volte la massa del nostro sole, sta divorando avidamente materia che scorre nella sua bocca da un disco a spirale, ultra-caldo. Quella materia carica è chiamata plasma, e viene attratta gravitazionalmente nei dintorni del buco nero; tuttavia, non tutto il plasma, composto da atomi ionizzati, ovvero elettrificati e privati di elettroni, viene inghiottito dal buco nero. Infatti, il buco nero inghiotte più di quanto possa gestire e parte del plasma viene espulsa in getti collimati dal potente campo magnetico del buco nero, prima che il plasma possa avvicinarsi all’orizzonte degli eventi, che è sostanzialmente il punto di non ritorno. Questi getti possono estendersi per migliaia di anni luce nello spazio. Tuttavia, spiegare la fisica che avviene alla base del getto, dove si formano, ha eluso gli scienziati. La risposta potrebbe essere arrivata dai ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) nel New Jersey, che sono riusciti a ideare una modifica a una tecnica di misurazione del plasma chiamata radiografia a protoni. Nel loro esperimento, i ricercatori hanno prima creato un plasma ad alta densità energetica colpendo un bersaglio di plastica con un raggio laser pulsato di 20 joule. Poi, hanno usato potenti laser per avviare la fusione nucleare in una capsula di carburante riempita di deuterio e elio-3. Le reazioni di fusione hanno rilasciato esplosioni di protoni e raggi X. Questi protoni e raggi X sono poi passati attraverso una rete di nichel piena di piccoli fori. Pensate alla rete come a un colino per scolare la pasta; essa separa i protoni in molti fasci distinti che possono poi misurare come il getto di plasma in espansione interagisce con un campo magnetico di fondo. Poiché i protoni sono carichi, seguiranno le linee di campo magnetico mentre vengono scossi dal plasma. L’esplosione di raggi X funge da controllo: poiché i raggi X passano attraverso la rete e il campo magnetico senza danneggiare l’immagine, forniscono un’immagine non distorta del plasma da confrontare con le misurazioni del fascio di protoni. “Il nostro esperimento è stato unico perché abbiamo potuto osservare direttamente come il campo magnetico cambiava nel tempo,” ha affermato Will Fox, il ricercatore principale dell’esperimento, in una dichiarazione. “Abbiamo potuto osservare direttamente come il campo venga spinto verso l’esterno e risponde al plasma in una sorta di tiramento.” Hanno osservato in dettaglio il campo magnetico piegarsi verso l’esterno sotto la pressione del plasma in espansione, con il plasma che si agitava contro le linee del campo magnetico. Questa agitazione e schiumosità del plasma è conosciuta come instabilità magneto-Rayleigh Taylor, e ha creato forme nel campo magnetico che assomigliano a vortici e funghi. Fondamentale, man mano che l’energia del plasma diminuiva, le linee del campo magnetico erano in grado di riprendersi. Questo ha compresso il plasma in una colonna dritta e stretta non dissimile dal getto relativistico di un quasar. “Quando abbiamo eseguito l’esperimento e analizzato i dati, abbiamo scoperto di avere qualcosa di significativo,” ha detto Sophia Malko del PPPL. “Osservare le instabilità magneto-Rayleigh Taylor che sorgono dall’interazione di plasma e campi magnetici era da lungo tempo ritenuto che si verificassero, ma non era mai stato osservato direttamente fino ad ora. Questa osservazione aiuta a confermare che questa instabilità si verifica quando plasma in espansione incontra campi magnetici.” L’esperimento indica fortemente che i getti dei quasar possono attribuire questo tipo di reazione dei campi magnetici al plasma in espansione per la loro creazione. Se i risultati sono uno spaccato di ciò che accade attorno ai buchi neri attivi, significherebbe che, nel disco di accrescimento del buco nero, le condizioni diventano così intense che il plasma nel disco è in grado di spingere contro le linee del campo magnetico densamente impacchettate, che possono poi riprendersi e spingere il plasma in una colonna stretta, quasi sputandolo via dal buco nero. Se fosse vero, questo potrebbe essere un enorme pezzo mancante nel nostro quadro di come operano i buchi neri attivi. “Ora che abbiamo misurato queste instabilità in modo molto accurato, abbiamo le informazioni necessarie per migliorare i nostri modelli e potenzialmente simulare e comprendere i getti astrofisici in misura molto maggiore rispetto al passato,” ha detto Malko. “È interessante che gli esseri umani possano creare qualcosa in laboratorio che di solito esiste nello spazio.” I risultati sono stati pubblicati il 27 giugno nella rivista Physical Review Research.