E5 Física Astrofísica do Plasma

Tópico

O elemento central deste modelo é o plasma astrofísico, um gás totalmente ionizado no qual elétrons e íons se movem livremente sob a influência de campos eletromagnéticos, governados em todos os momentos pela força de Lorentz.

A frequência de plasma é a frequência natural na qual este plasma astrofísico oscila coletivamente, à medida que seus elétrons passam por seus íons e depois retornam a eles. Se a frequência natural da radiação cair abaixo desta frequência de plasma, essa radiação não poderá se propagar através do plasma, de modo que o próprio plasma atua como um escudo, bloqueando toda a radiação de frequência excessivamente baixa.

O raio de Larmor determina, dentro deste mesmo plasma astrofísico, o quanto a trajetória de uma partícula carregada é curvada ao passar por um campo magnético: os raios cósmicos, por exemplo, descrevem raios de curvatura da ordem de um parsec dentro do campo magnético da própria galáxia. O fato de o raio de Larmor governar a curvatura de cada trajetória significa que o próprio campo magnético da galáxia, em última análise, impõe, partícula por partícula, a forma exata traçada por cada partícula ao passar pelo plasma.

O comprimento de Debye é a escala na qual esse mesmo plasma pode blindar uma carga externa: em escalas maiores que o comprimento de Debye, o plasma se comporta como se fosse eletricamente neutro como um todo, enquanto em escalas menores, as cargas individuais de seus elétrons e íons ainda são distinguíveis umas das outras. O fato de o comprimento de Debye separar esses dois comportamentos significa que o mesmo plasma astrofísico pode se comportar, dependendo da escala em que é observado, como um meio neutro ou como uma coleção de cargas individuais perfeitamente distinguíveis.

A frequência de ciclotron, por sua vez, é a frequência de rotação de uma partícula carregada em torno das linhas do campo magnético que atravessam o plasma, e faz com que a emissão de ciclotron — ou emissão de síncrotron, no limite relativístico — ocorra precisamente em múltiplos dessa frequência de rotação. Assim, desde o plasma astrofísico com o qual este documento começa até a emissão de ciclotron e síncrotron com a qual termina, levando em consideração a frequência do plasma, o raio de Larmor e o comprimento de Debye, a física do plasma astrofísico implica que o mesmo gás ionizado responde de maneira diferente dependendo da escala, frequência ou campo magnético com que é medido.

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