A matéria mais visível do universo não se parece com a imagem que vemos nos livros, de um núcleo cercado por elétrons. Além de nossas fronteiras, dentro de aglomerados gigantescos, as galáxias nadam em um mar de plasma – uma forma de matéria na qual elétrons e núcleos vagueiam “livres”.
Embora constitua a maior parte da matéria visível no universo, esse plasma permanece pouco compreendido; os cientistas não têm uma teoria que descreva completamente seu comportamento, especialmente em pequenas escalas.
No entanto, um astrofísico da Universidade de Chicago conduziu um estudo que fornece um novo vislumbre da física de pequena escala de tal plasma. Usando o Chandra X-ray Observatory da NASA, os cientistas analisaram detalhadamente o plasma em um aglomerado de galáxias distantes e descobriram que o fluxo de plasma é muito menos viscoso do que o esperado e, portanto, a turbulência ocorre em escalas relativamente pequenas – uma descoberta importante para nosso modelos dos maiores objetos do universo.
“As observações de raios-X de alta resolução nos permitiram aprender algumas verdades surpreendentes sobre a viscosidade desses plasmas”, disse Irina Zhuravleva, professora assistente de astrofísica e autora principal do estudo, publicado em 17 de junho na Nature Astronomy.
“Pode-se esperar que as variações na densidade que surgem no plasma sejam rapidamente eliminadas pela viscosidade; no entanto, vimos o oposto – o plasma encontra maneiras de mantê-los”.
Aglomerados massivos de galáxias estão espalhados pelo universo, alguns deles contendo milhares de galáxias. Eles estão em um tipo de plasma que não podemos recriar na Terra. É extremamente esparso – da ordem de um sextilhão de vezes menos denso que o ar na Terra – e tem campos magnéticos muito fracos, dezenas de milhares de vezes mais fracos do que experimentamos na superfcie da Terra. Para estudar este plasma, portanto, os cientistas precisam confiar em laboratórios cósmicos, como aglomerados de galáxias.
Zhuravleva e a equipe escolheram um aglomerado de galáxias relativamente próximo chamado Aglomerado de Coma, um aglomerado gigantesco e brilhante composto por mais de mil galáxias. Eles escolheram uma região menos densa do centro do aglomerado, onde esperavam poder capturar a distância média percorrida pelas partículas entre as interações com o Chandra X-ray Observatory da NASA. A fim de construir um mapa de alta qualidade do plasma, eles observaram o Aglomerado de Coma por quase 12 dias – muito mais do que uma observação típica.
Uma coisa que surgiu foi como o plasma era viscoso – a facilidade que le é mexido. “Pode-se esperar ver a viscosidade resistindo a movimentos caóticos de plasma à medida que aumentamos o zoom para escalas menores e menores”, disse Zhuravleva. Mas isso não aconteceu; o plasma era claramente turbulento mesmo em escalas tão pequenas.
“Descobriu-se que o comportamento do plasma é mais parecido com os movimentos rodopiantes do leite mexido em uma caneca de café do que os mais suaves que o mel produz”, disse ela.
Essa baixa viscosidade significa que os processos microscópicos no plasma causam pequenas irregularidades no campo magnético, fazendo com que as partículas colidam com mais freqüência e tornando o plasma menos viscoso. Como alternativa, Zhuravleva disse que a viscosidade pode ser diferente e perpendicular às linhas do campo magnético.
Entender a física de tais plasmas é essencial para melhorar nossos modelos de como galáxias e aglomerados de galáxias se formam e evoluem com o tempo.
“É emocionante que pudéssemos usar observações de aglomerados de galáxias para entender as propriedades fundamentais dos plasmas intergalácticos”, disse Zhuravleva. “Nossas observações confirmam que os aglomerados são ótimos laboratórios que podem aguçar visões teóricas sobre plasmas.”
“Suppressed effective viscosity in the bulk intergalactic plasma.” Zhuravleva et al, Nature Astronomy, June 17, 2019. DOI: 10.1038/s41550-019-0794-z
