L'ingénierie laser de l'Université d'Osaka a utilisé avec succès des explosions laser courtes mais extrêmement puissantes pour générer une reconnexion du champ magnétique à l'intérieur d'un plasma. Ce travail peut conduire à une théorie moreover complète de l'émission de rayons X à partir d'objets astronomiques comme les trous noirs.




En in addition d'être soumis à des forces gravitationnelles extrêmes, la matière dévorée par un trou noir peut également être frappée par une chaleur intensive et des champs magnétiques. Les plasmas, un quatrième état de la matière plus chaud que les solides, les liquides ou les gaz, sont constitués de protons et d'électrons chargés électriquement qui ont trop d'énergie pour former des atomes neutres. Au lieu de cela, 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, ce qui entraîne 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 lieu aux rayons X observés provenant des trous noirs, les scientifiques de l'Université d'Osaka ont utilisé des impulsions laser intenses pour créer des circumstances extrêmes similaires dans le laboratoire. « Nous avons pu étudier l'accélération à haute énergie des électrons et des protons suite à une reconnexion magnétique relativiste », explique l'auteur principal Shinsuke Fujioka. « Par exemple, l'origine de l'émission du fameux trou noir Cygnus X-1, peut être mieux comprise. »




Ce niveau d'intensité lumineuse n'est cependant pas facilement obtenu. Pendant un bref fast, le laser a nécessité deux pétawatts de puissance, ce qui équivaut à mille fois la consommation électrique du globe entier. Avec le laser LFEX, l'équipe a pu atteindre des champs magnétiques de pointe avec 2 000 telsas époustouflants. À titre de comparaison et le champ magnétique terrestre est de, 00005 teslas. Les particules du plasma s'accélèrent à un degré si extrême que des effets relativistes doivent être pris en compte.

« Auparavant, la reconnexion magnétique relativiste ne pouvait être étudiée que par simulation numérique sur un supercalculateur. Maintenant, c'est une réalité expérimentale dans un laboratoire avec des lasers puissants », explique le leading auteur, le roi Fai Farley Law. Les chercheurs pensent que ce projet aidera à élucider les processus astrophysiques qui peuvent se produire à des endroits de l'Univers contenant des champs magnétiques extrêmes.