Магнитное воссоединение, процесс, при котором силовые линии магнитного поля разрываются и снова сходятся вместе, высвобождая большое количество кинетической энергии, происходит по всей Вселенной. Этот процесс приводит к полярным сияниям, солнечным вспышкам и геомагнитным бурям, которые могут нарушить работу сотовой связи и электрических сетей на Земле. Однако главной проблемой в изучении магнитного пересоединения является преодоление разрыва между этими крупномасштабными астрофизическими сценариями и небольшими экспериментами, которые можно проводить в лаборатории.
Исследователи преодолели этот барьер благодаря сочетанию умных экспериментов и передовых моделей. При этом они раскрыли ранее неизвестную роль универсального процесса, называемого «эффект батареи Бирмана», который, как оказалось, неожиданным образом влияет на магнитное пересоединение.
Эффект батареи Бирмана, возможный источник магнитных полей, пронизывающих нашу вселенную, генерирует электрический ток, который создает эти поля. Неожиданные результаты, сделанные с помощью компьютерного моделирования, показывают, что этот эффект может играть важную роль в воссоединении, происходящем, когда магнитосфера Земли взаимодействует с астрофизической плазмой. Эффект сначала генерирует силовые линии магнитного поля, но затем меняет их роли и разрезает их, как ножницы, разрезающие резиновую ленту. Нарезанные поля затем переподключаются от исходной точки переподключения.
Моделирование смоделировало результаты экспериментов в Китае, в ходе которых изучалась плазма с высокой плотностью энергии - материя, находящаяся под экстремальным давлением. В экспериментах использовались лазеры для взрыва пары плазменных пузырей из твердой металлической мишени. Моделирование трехмерной плазмы отслеживало расширение пузырьков и магнитных полей, созданных эффектом Бирмана, отслеживая столкновение полей, вызывающее магнитное пересоединение. Исследователи выполнили эти симуляции на суперкомпьютере «Титан» в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США.
Результаты «обеспечивают новую платформу для воспроизведения повторного соединения, наблюдаемого в астрофизической плазме в лаборатории», - сказал Джексон Маттеуччи, аспирант программы «Физика плазмы» в Принстонской лаборатории физики плазмы, который руководил исследованием.
Преодолевая традиционный разрыв между лабораторными экспериментами и астрофизическими процессами, эти результаты открывают новую главу в попытках понять вселенную.