En el centro de la Vía Láctea, a unos 25.000 años luz de la Tierra, se encuentra una estructura sorprendente que parece sacada de un laboratorio de biología molecular: dos filamentos luminosos entrelazados, formando una espiral doble que recuerda al ADN. No es una coincidencia estética. Esa forma tan familiar esconde un fenómeno físico profundo, relacionado no con la vida, sino con el comportamiento del plasma, el cuarto estado de la materia, que constituye la mayor parte del universo visible. Lo más fascinante es que los investigadores han logrado replicar esta estructura a escala de laboratorio, revelando que las mismas leyes que rigen en una cámara de vacío de medio metro también explican lo que ocurre a escalas de años luz.
Esta revelación es parte de un estudio reciente publicado por Yang Zhang y Paul M. Bellan en Physical Review Letters, que demuestra que estas “dobles hélices” no son solo figuras llamativas en el cielo, sino un nuevo tipo de estado de equilibrio en plasmas magnetizados. El hallazgo no solo ayuda a entender estructuras cósmicas como la Nebulosa de la Doble Hélice, sino que también desafía suposiciones previas sobre cómo interactúan los campos magnéticos en el plasma. Lo que parecía inestable y caótico, resulta tener una armonía matemática inesperada.
Una forma familiar, un fenómeno desconocido
La Nebulosa de la Doble Hélice fue descubierta en 2006 gracias al telescopio espacial Spitzer, y rápidamente llamó la atención por su forma inusual: dos filamentos retorcidos que recorren unos 70 años luz de largo cerca del centro galáctico. Desde entonces, los astrofísicos han debatido sobre su origen, considerando que el plasma que forma esta estructura está fuertemente influido por el campo magnético del agujero negro supermasivo que habita el centro de nuestra galaxia.
Lo que hace especial el nuevo estudio es que demuestra, por primera vez, que esta forma puede ser explicada como una estructura autoestable de dos cuerdas de flujo magnético trenzadas. En otras palabras, no se trata de un patrón pasajero o turbulento, sino de un equilibrio que surge de las fuerzas eléctricas y magnéticas en juego dentro del plasma. “El resultado magnetizado del plasma forma automáticamente una estructura trenzada” explicó Zhang en el comunicado de Caltech.
Del laboratorio al cosmos: escalas que se conectan
Para llegar a esta conclusión, Zhang y Bellan realizaron experimentos en el laboratorio de física aplicada de Caltech. Allí, dentro de una cámara de vacío, colocaron dos electrodos atravesados por un campo magnético. Al aplicar un voltaje elevado, se generó plasma, y de manera espontánea, dos cuerdas de flujo magnético se entrelazaron formando una doble hélice estable. La longitud de estas estructuras era de apenas 10 a 50 centímetros.
El verdadero logro vino cuando los investigadores desarrollaron un modelo matemático capaz de predecir este estado de equilibrio. Lo más asombroso es que las mismas ecuaciones que describen estos fenómenos en el laboratorio resultaron aplicables a estructuras cósmicas, como la Nebulosa de la Doble Hélice. Solo con conocer el diámetro de los filamentos y la periodicidad de la torsión, Zhang pudo calcular el ángulo de giro que genera una estructura estable, coincidiendo con lo observado en el cielo.
Por qué importa la dirección de la corriente
En física de plasmas, se conoce bien el comportamiento de una sola cuerda de flujo magnético, pero las configuraciones trenzadas eran un territorio poco explorado, especialmente en casos donde ambas cuerdas transportan corriente en la misma dirección. La mayoría de los estudios previos se centraban en situaciones con corrientes opuestas, por considerarlas más estables. Sin embargo, los autores del nuevo estudio muestran que la atracción y repulsión entre las cuerdas se equilibran en un ángulo crítico, creando un nuevo tipo de estado estable.
Esto se debe a que las corrientes paralelas se atraen en dirección longitudinal, pero se repelen en la dirección de torsión. En palabras del propio Bellan: “si los hilos helicoidales se retuercen más, habrá demasiada repulsión magnética; si se retuercen menos, habrá demasiada atracción magnética”. Ese punto medio es el estado de mínima energía, y por lo tanto, de equilibrio. Esta idea ayuda a explicar por qué, en algunos casos, cuerdas de flujo que deberían fusionarse terminan “rebotando” entre sí, como ya se había observado en experimentos anteriores sin una explicación clara.
Una nueva perspectiva sobre la estabilidad del plasma
El descubrimiento también tiene implicaciones para entender mejor la dinámica del Sol y de otros objetos astrofísicos. Las cuerdas de flujo magnético trenzadas son comunes en la corona solar, donde pueden desencadenar erupciones solares o eyecciones de masa coronal. Comprender cómo y cuándo estas estructuras se estabilizan podría ayudar a prever fenómenos solares extremos que afectan a la Tierra.
Además, la existencia de un modelo matemático aplicable desde escalas de centímetros hasta decenas de años luz sugiere que la física del plasma es más universal de lo que se creía. “Pensé que los fenómenos magnéticos a diferentes escalas eran solo cualitativamente similares, pero no podían describirse con las mismas ecuaciones. Resulta que eso no es así”, explicó Bellan. Esta escalabilidad es una buena noticia para los astrofísicos: los laboratorios pueden convertirse en simuladores del cosmos.
Más allá de la teoría: visualizando el equilibrio
Una imagen incluida en el paper, que representa dos hilos de corriente paralela, ayuda a visualizar este equilibrio. Cuando los hilos son rectos (sin torsión), se atraen entre sí; cuando están muy enrollados, se repelen. Pero existe una configuración intermedia donde la atracción y la repulsión se compensan perfectamente, formando una doble hélice estable. Este punto intermedio es el que los investigadores lograron identificar con precisión matemática.
Este modelo no solo se ajusta a los datos de la Nebulosa de la Doble Hélice, sino también a otras estructuras observadas, como chorros astrofísicos o prominencias solares. En un collage comparativo mostrado en el estudio, se observan ejemplos que abarcan desde jets de 3000 años luz hasta bucles de apenas 3 centímetros creados en el laboratorio. Todos ellos muestran patrones trenzados similares.
Un nuevo lenguaje para el universo
Este hallazgo representa algo más que una curiosidad científica. Al identificar la doble hélice como un estado de equilibrio en el plasma, los investigadores ofrecen una nueva herramienta para leer el comportamiento del universo magnetizado. Las mismas leyes que gobiernan los experimentos de laboratorio pueden aplicarse a fenómenos solares, galácticos e incluso extragalácticos.
El modelo también abre la puerta a estudiar sistemas más complejos, como redes de múltiples cuerdas de flujo entrelazadas, y a explorar cómo estas estructuras evolucionan en presencia de turbulencia o interferencias externas. Lo que hasta ahora parecía aleatorio o inestable, puede tener detrás una lógica precisa y reproducible.
Referencias
Cortesía de Muy Interesante
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