Plasma astrofísico
plasma ionizado presente en entornos astrofísicos
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El plasma astrofísico es plasma fuera del sistema solar. Se estudia como parte de la astrofísica y se observa comúnmente en el espacio.[2] La opinión aceptada por los científicos es que gran parte de la materia bariónica del universo existe en este estado.[3]
Cuando la materia alcanza la temperatura y la energía necesarias, se ioniza y forma un plasma. Este proceso descompone la materia en sus partículas constituyentes, que incluyen electrones con carga negativa e iones con carga positiva. Estas partículas con carga eléctrica son susceptibles a la influencia de los campos electromagnéticos locales. Esto incluye los campos intensos generados por las estrellas y los campos débiles que existen en las regiones de formación estelar, en el espacio interestelar y en el espacio intergaláctico.[4] De igual manera, los campos eléctricos se observan en algunos fenómenos astrofísicos estelares, pero son insignificantes en medios gaseosos de muy baja densidad.
El plasma astrofísico a menudo se diferencia del plasma espacial, que normalmente se refiere al plasma del Sol, el viento solar y las ionosferas y magnetosferas de la Tierra y otros planetas.[5][6][7][8][9][10]
Observación y estudio del plasma astrofísico
Los plasmas estelares pueden generar campos magnéticos e interactuar con ellos, lo que da lugar a diversos fenómenos astrofísicos dinámicos. Estos fenómenos a veces se observan en los espectros debido al efecto Zeeman. Otras formas de plasmas astrofísicos pueden verse influenciadas por campos magnéticos débiles preexistentes, cuyas interacciones solo pueden determinarse directamente mediante polarimetría u otros métodos indirectos.[11] En particular, el medio intergaláctico, el interestelar, el interplanetario y los vientos solares están compuestos por plasmas difusos.
Posibles fenómenos relacionados
Los científicos están interesados en los núcleos galácticos activos porque dichos plasmas astrofísicos podrían estar directamente relacionados con los plasmas estudiados en los laboratorios.[12] Muchos de estos fenómenos aparentemente exhiben una serie de comportamientos magnetohidrodinámicos complejos, como turbulencia e inestabilidades.[2]
En la cosmología del Big Bang, todo el universo estaba en un estado de plasma antes de la recombinación.[13] Posteriormente, la mayor parte del universo reionizado después de la formación de los primeros cuásares y la radiación reionizada de la mayor parte del universo, sigue siendo en gran parte en forma de plasma emitido. Se supone para muchos científicos que muy poca materia bariónica es neutra. En particular, el medio intergaláctico, el medio interestelar, el medio interplanetario y los vientos solares principalmente son todos los plasmas difusos y las estrellas están hechas de plasma denso. El estudio de los plasmas astrofísicos es parte de la corriente principal de la astrofísica académica y se tiene en cuenta en el modelo cosmológico estándar; sin embargo, los modelos actuales indican que los procesos de plasma pueden desempeñar un papel de menor importancia a la hora de formar estructuras muy grandes, como los vacíos, los cúmulos de galaxias y los supercúmulos.
Historia temprana
El explorador y físico noruego Kristian Birkeland predijo que el espacio está lleno de plasma. Escribió en 1913: Parece una consecuencia natural de nuestros puntos de vista asumir que todo el espacio está lleno de electrones e iones eléctricos de todo tipo. Hemos asumido que cada sistema estelar, a través de su evolución, arroja corpúsculos eléctricos al espacio.
Birkeland asumió que la mayor parte de la masa del universo debería encontrarse en el espacio "vacío".[14]
En 1937, el físico de plasma Hannes Alfvén argumentó que si de plasma impregnaba el universo, entonces podría generarse un campo magnético galáctico. Durante la década de 1940 y 50, Alfvén desarrolló la magnetohidrodinámica (MHD), que permite a los plasmas ser moldeados en forma de ondas en un fluido, por lo que Alfvén ganó el Premio Nobel de 1970 por la física. Alfvén propuso más tarde esto como la posible base de la cosmología del plasma, aunque esta teoría es ahora rechazada abiertamente y nunca se han observado intensidades de campos magnéticos intergalácticos.
Características resumidas
Una clasificación de los plasmas astrofísicos según criterios de densidad (nₑ = partículas/cm³), conductividad, Temp. típica (T), longitud de Debye (λ_D), Conductividad (σ), Movimiento Dominante y Ejemplos principales:
| Tipo de plasma | nₑ | T | λ_D | σ | Mov. Dom. | Ejemplos |
|---|---|---|---|---|---|---|
| interestelar cálido (WIM) | 0.01 – 0.1 | ~8000 K (∼0.7 eV) | 10⁴ – 10⁵ km | Alta | Turbulento, parcialmente magnetizado | Fase difusa de la Vía Láctea |
| intergaláctico (WHIM) | 10⁻⁷ – 10⁻⁵ | 10⁵ – 10⁷ K (10 – 1000 eV) | 100 – 1000 Mpc | Muy alta | Flujo gravitacional, muy débilmente colisional | Filamentos cósmicos calientes |
Resumidamente:
- Casi siempre débilmente acoplado (Λ ≫ 1) → comportamiento ideal.
- Sin colisiones o muy pocas → movimiento dominado por campos electromagnéticos.
- Longitud de Debye grande
- Conductividad prácticamente infinita en la dirección perpendicular al campo magnético (efecto “congelamiento” del flujo magnético).
