La doble hélice cósmica: un estado de equilibrio universal del plasma
Ilustración generada con Inteligencia Artificial (ChatGPT)
El plasma, considerado el cuarto estado fundamental de la materia, constituye más del 99 % del universo observable. Se trata de un medio altamente ionizado en el que partículas cargadas interactúan bajo la influencia de campos eléctricos y magnéticos, generando fenómenos que, por su complejidad, han sido objeto de estudio durante décadas. Uno de los hallazgos más recientes y relevantes en este campo es la identificación de estructuras helicoidales estables en el plasma, con un patrón geométrico sorprendentemente similar al del ácido desoxirribonucleico (ADN). Estas configuraciones, lejos de ser una coincidencia estética, representan un estado físico de equilibrio con profundas implicaciones para la astrofísica y la física de laboratorio.
La Nebulosa de la Doble Hélice
Situada en el centro de la Vía Láctea, a unos 25.000 años luz de la Tierra, la Nebulosa de la Doble Hélice constituye un ejemplo macroscópico de este fenómeno. Descubierta en 2006 mediante observaciones del telescopio espacial Spitzer, esta estructura está formada por dos filamentos luminosos que se extienden a lo largo de aproximadamente 70 años luz, entrelazándose en un patrón helicoidal. Su proximidad al agujero negro supermasivo Sagitario A sugiere que los intensos campos magnéticos de la región desempeñan un papel esencial en la conformación de estos filamentos.
Reproducción en laboratorio
Un avance significativo en la comprensión de este fenómeno proviene de los experimentos realizados por Yang Zhang y Paul M. Bellan en el Instituto de Tecnología de California (Caltech). En un estudio publicado en Physical Review Letters, los autores demostraron que estructuras semejantes pueden generarse en cámaras de vacío de dimensiones reducidas, del orden de medio metro. Al aplicar voltajes elevados entre electrodos en presencia de un campo magnético, el plasma resultante adoptó espontáneamente configuraciones helicoidales dobles de entre 10 y 50 centímetros de longitud.
Lo más relevante es que las ecuaciones matemáticas que describen estas hélices en laboratorio resultan aplicables también a las estructuras astrofísicas, confirmando la existencia de un principio universal que conecta escalas radicalmente distintas, desde los centímetros hasta decenas de años luz.
De lo caótico al equilibrio
Tradicionalmente, los plasmas han sido caracterizados como sistemas caóticos, turbulentos e inestables. Sin embargo, los resultados obtenidos por Zhang y Bellan demuestran que, bajo ciertas condiciones, es posible la formación de estados de equilibrio estables.
Este equilibrio surge del balance entre dos efectos opuestos:
La atracción longitudinal entre corrientes paralelas.
La repulsión transversal debida al exceso de torsión magnética.
Cuando ambas fuerzas se compensan, el sistema alcanza un estado de mínima energía que se manifiesta en la forma de una doble hélice estable. Esta descripción explica fenómenos previamente observados, como el aparente “rebote” entre filamentos de plasma que, en teoría, deberían haberse fusionado.
Conexiones a múltiples escalas
El modelo desarrollado por los investigadores no solo explica la Nebulosa de la Doble Hélice, sino que también se ajusta a una amplia gama de fenómenos astrofísicos y solares:
Chorros relativistas expulsados por núcleos galácticos activos, con longitudes de miles de años luz.
Prominencias solares y erupciones en la corona del Sol.
Filamentos galácticos que estructuran el medio interestelar.
En todos estos contextos, el patrón helicoidal emerge como una consecuencia natural de las interacciones electromagnéticas en el plasma.
Implicaciones científicas y tecnológicas
El alcance del descubrimiento trasciende la astrofísica. En el campo de la fusión nuclear, donde se busca reproducir en la Tierra el mecanismo energético de las estrellas, el control de plasmas magnetizados es uno de los principales desafíos tecnológicos. Comprender cómo y en qué condiciones se forman configuraciones estables podría contribuir al desarrollo de reactores más eficientes y seguros.
Asimismo, la identificación de estados helicoidales abre la posibilidad de explorar configuraciones múltiples y más complejas, lo que podría enriquecer la teoría de la magnetohidrodinámica (MHD) y expandir el rango de fenómenos reproducibles en laboratorio.
La Nebulosa de la Doble Hélice y su reproducción a escala experimental constituyen una evidencia de la universalidad de las leyes físicas que gobiernan al plasma. Lo que a primera vista parece una coincidencia estética con el ADN resulta ser la manifestación de un equilibrio fundamental, capaz de conectar el microcosmos de los laboratorios con el macrocosmos de las galaxias.
Este hallazgo no solo redefine la manera en que se interpreta la dinámica del plasma, sino que también establece un marco teórico con aplicaciones directas en la comprensión del universo y en el desarrollo tecnológico terrestre. En última instancia, revela la existencia de una geometría magnética profunda que organiza el comportamiento de la materia ionizada a todas las escalas.
Referencia
Yang Zhang & Paul M. Bellan, Stable Magnetic Flux Rope Double Helices in Laboratory and Astrophysical Plasmas, Physical Review Letters, 2025.