David Pratt
Mayo de 2012
Contenido:
09. El Universo de plasma
Cualquier modelo del Universo requiere tomar en cuenta la física del plasma. Este último, también llamado cuarto estado de la materia, es un gas ionizado y eléctricamente conductor que posee una alta densidad de electrones e iones (átomos que han ganado o perdido electrones). Se cree que más del 99% de la materia física común en el Universo existe en estado de plasma, incluyendo estrellas, atmósferas planetarias exteriores y medios interplanetario, interestelar e intergaláctico. Una característica significativa del plasma es su comportamiento escalable, es decir, que los plasmas cósmicos gigantes parecen comportarse de la misma manera que los pequeños creados en laboratorio, lo que ayuda a explicar los patrones fractales en el Universo.
El plasma puede funcionar en tres modos diferentes dependiendo de la densidad de corriente y la densidad de aquél, esto es, mientras más fuerte es la corriente eléctrica, más brillante es el plasma:
-Modo de corriente oscura: por ejemplo, la ionosfera de la Tierra (que sólo emite luz visible durante las auroras cuando son excitadas por el influjo de partículas solares), el viento solar (corriente de partículas cargadas); en este caso, el plasma genera ondas de radio.
-Modo de brillo normal: por ejemplo, luces fluorescentes y de neón, auroras, nebulosas de emisión, colas de cometas, la corona del Sol; el plasma irradia en la porción visible del espectro.
-Modo de arco: por ejemplo, arcos eléctricos de soldadura, relámpagos, fotosfera del Sol (superficie visible), bucles solares, filamentos en penumbras de manchas solares, erupciones solares; el plasma emite intensamente en un amplio rango de frecuencias que se extiende hasta los rayos X y gamma en estrellas, supernovas, cuásares y núcleos galácticos activos.
El plasma se identificó por primera vez como cuarto estado de la materia en 1879 por William Crookes, distinguido físico y químico, miembro de la Sociedad Teosófica y prominente investigador psíquico. Crookes llamó al plasma "materia radiante" y en sus experimentos empleaba un tubo de descarga eléctrica consistente en un cilindro de vidrio parcialmente evacuado que contiene un electrodo positivo (ánodo) y un electrodo negativo (cátodo), también conocido como "tubo de Crookes". En 1897 J.J. Thomson identificó los "rayos catódicos" en tubos de Crookes como corrientes de partículas subatómicas cargadas negativamente (ahora llamados electrones).
En 1928 Irving Langmuir fue el primero en utilizar la palabra "plasma" para describir un gas ionizado a causa de su comportamiento vívido, autorganizado y autosostenible. Así como la sangre es capaz de aislar un cuerpo extraño, el plasma responde a los objetos cargados rodeándolos con una funda de protección o pared celular, a menudo llamado "doble capa" (de cargas opuestas). Si existe diferencia de voltaje significativa entre dos ubicaciones en un plasma se forma una doble capa entre ellas y la mayor parte de dicha diferencia estará contenida en ella. Las capas dobles pueden acelerar partículas a velocidades muy altas y dar cuenta de fenómenos de pulsación rápida, a la vez que su desintegración se acompaña de una liberación explosiva de energía.
Las corrientes eléctricas de alta intensidad que pasan por el plasma tienden a seguir un camino en forma de "sacacorchos" o en espiral y se las conoce como corrientes de Birkeland en honor a su descubridor Kristian Birkeland (1867-1917). Estos filamentos a menudo se producen en pares y se retuercen en estructuras similares a una cuerda que comprimen entre ellos cualquier material en el plasma, lo cual se conoce como "efecto Z-pinch". Estos filamentos arremolinados han sido percibidos en laboratorio, el Sol, las nebulosas y el centro de nuestra galaxia. Los fenómenos relacionados incluyen "duendes atmosféricos" rojos, "elfos", chorros azules y otros eventos luminosos transitorios vistos en la atmósfera superior de la Tierra y asociados con tormentas eléctricas. La filamentación y estructuras celulares ubicuas del plasma espacial apuntan claramente a la operación de la electricidad cósmica, y así las corrientes de Birkeland pueden explicar mucho más fácilmente estructuras tales como los chorros polares (que emergen en direcciones opuestas desde núcleos galácticos) y la radiación de sincrotrones asociada que la idea de "agujeros negros supermasivos", los cuales supuestamente aceleran partículas a velocidades cercanas a la de la luz sólo por medio de la fuerza gravitatoria.
En el modelo cosmológico de plasma, galaxias, cúmulos y supercúmulos se forman a partir de filamentos de vórtice de plasma confinados magnéticamente. Los experimentos de laboratorio y las simulaciones por ordenador indican que las corrientes de Birkeland interactuantes pueden "pellizcarse" y retorcerse en forma de galaxias espirales.
Las fuerzas electromagnéticas pueden ser de hasta 1039 veces más fuertes que la gravedad. Sin embargo, muchos astrofísicos creen todavía que las fuerzas eléctricas son de poca importancia para explicar la formación y evolución de galaxias y estructuras multigalácticas. Debido a su conocimiento muy limitado del plasma, piensan que la separación de carga y los campos eléctricos no pueden existir en el espacio porque las cargas positivas y negativas serían atraídas, provocando inmediatamente un cortocircuito en cualquier desequilibrio de carga, pero se midieron cargas eléctricas separadas hasta donde han podido llegar las sondas espaciales, es decir, plasma eléctrico, lo cual se debe a que los plasmas son buenos conductores de la corriente eléctrica, aunque no constituyen conductores perfectos como asumen los científicos ortodoxos.
La falsa creencia en plasmas neutrales y "superconductores" ha llevado a los astrofísicos a asumir que los campos magnéticos están "congelados" o "atrapados" en ellos y por lo tanto persisten de manera indefinida, una suposición que los hace más fáciles de modelar matemáticamente. Esta idea fue originalmente presentada por Hannes Alfvén, pero más tarde renegó de ella y urgió a los científicos hacer caso omiso de su trabajo anterior sobre "magnetohidrodinámica'' (en que el comportamiento del plasma se describe por medio de magnetismo y ecuaciones aplicables sólo para el flujo de fluidos). Su petición fue ignorada y en consecuencia los astrofísicos tienden a descartar las corrientes eléctricas cósmicas que producen y sostienen los campos magnéticos, no están preparados para hacer frente a la descarga eléctrica en el plasma que no sigue las reglas ordenadas de la magnetohidrodinámica, y tampoco se percatan de que todo el plasma en movimiento produce separación de cargas y corrientes eléctricas. Wallace Thornhill y David Talbott escriben:
"Como resultado, el idioma mecanicista del viento y del agua impregna la discusión popular de la astronomía actual. En lugar de los efectos de descarga plásmica, los astrofísicos ven una expansión de gas sobrecalentado, gas que circula como ríos, lluvias de partículas cargadas, frentes de choque, corrientes de Foucault, conos de viento y 'boquillas' que crean los flujos de 'gas caliente' de años luz de longitud y el chorro de la galaxia M87" (4).
Otra falacia que los astrofísicos comúnmente invocan para explicar fenómenos energéticos inesperados es que las líneas de campo magnético (líneas imaginarias que indican la dirección de dicha injerencia) pueden de alguna manera "romperse", "combinarse", "abrirse", "apilarse", "enredarse" y "reconectarse", acompañadas por liberación de energía.
