Tous les objets astrophysiques observés sont entourés de champs magnétiques. Et pas seulement dans les environs
Des champs magnétiques partout
Les champs magnétiques naturels sont présents partoutdans l'Univers. Ils ont été découverts pour la première fois sur Terre il y a des milliers d’années en raison de leur interaction avec des minéraux magnétisés. Ils étaient utilisés pour la navigation bien avant que les gens comprennent leur nature ou leur origine. Le magnétisme du Soleil a été découvert au début du XXe siècle en raison de son influence sur le spectre de la lumière émise par l'étoile. Depuis, en utilisant des télescopes plus puissants pour observer l’espace lointain, les scientifiques ont découvert que ces champs sont partout.
Et bien que les scientifiques aient appris depuis longtempsfabrication et utilisation d'aimants permanents et d'électro-aimants, l'origine naturelle de ces champs dans l'Univers restait un mystère. Dans une étude récente, les scientifiques ont résolu une partie de ce casse-tête, mais de nombreux aspects de la question restent encore débattus.
Dans des études antérieures, les scientifiques ont compris commentLa turbulence peut renforcer les champs magnétiques préexistants grâce au processus dit de dynamo. Mais cette découverte n'a fait que soulever d'autres questions. Si une dynamo turbulente ne pouvait que renforcer les champs magnétiques existants, alors d'où vient le champ magnétique « germe » d'origine ?
Dans le cadre de ces nouveaux travaux, les scientifiques ont montré les principauxprocessus qui génèrent un champ d'un état complètement non magnétisé à un point où il est suffisamment fort pour que le mécanisme de dynamo l'amplifie à des grandeurs observables.
L'effet dynamo et l'univers sans fils
Les scientifiques ont réfléchi à la manière de créerchamps électriques et magnétiques en laboratoire. Lorsque des conducteurs tels que des fils de cuivre les traversent, des champs électriques sont créés. Ils peuvent alors contrôler les courants électriques. Cela produit l’électricité que les gens utilisent quotidiennement. Grâce à ce processus d'induction, de grands générateurs ou dynamos convertissent l'énergie mécanique en énergie électromagnétique, qui alimente nos maisons et nos bureaux. La principale caractéristique des dynamos est qu’elles nécessitent des champs magnétiques pour fonctionner.
Mais il n'y a pas de fils dans l'Universou de grandes structures en acier, alors comment naissent les champs ? Les progrès dans la résolution de ce problème ont commencé il y a environ un siècle, lorsque les scientifiques ont commencé à réfléchir à la source du champ magnétique terrestre. À cette époque, les études sur la propagation des ondes sismiques avaient montré que la plupart des planètes situées sous les couches superficielles les plus froides du manteau étaient liquides. Les scientifiques ont également réalisé qu’il y avait un noyau sur Terre composé de nickel et de fer en fusion. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que le mouvement convectif de ce fluide chaud et électriquement conducteur et la rotation de la planète se combinent d’une manière ou d’une autre pour créer le champ terrestre.
Finalement, des modèles sont apparusa montré comment le mouvement convectif peut améliorer un champ existant. Il s’agit d’un exemple d’auto-organisation – une propriété souvent observée dans les systèmes dynamiques complexes – où des structures à grande échelle naissent spontanément d’une dynamique à petite échelle. Mais tout comme une centrale électrique, vous avez besoin d’un champ magnétique pour créer un champ magnétique.
Un processus similaire se produit partoutUnivers. Cependant, dans les étoiles et les galaxies, ainsi que dans l’espace qui les sépare, le liquide conducteur de l’électricité n’est pas du métal en fusion, mais du plasma. Cet état de la matière se produit lorsque les électrons sont retirés de leurs atomes. Sur Terre, le plasma peut être observé sous forme d'éclairs. Dans un tel environnement, l’effet dynamo peut renforcer le champ magnétique existant s’il démarre à un niveau minimum.
Simulation de champs magnétiques primaires
D’où vient ce primaire ou ce minimal ?un champ magnétique ? Pour le savoir, des scientifiques ont mené une étude dont les résultats sont publiés par PNAS. L'auteur de l'étude et étudiant diplômé du MIT, Moonee Zhou, a développé la théorie de base et mené des simulations numériques sur de puissants superordinateurs pour comprendre quels processus fondamentaux sont responsables de l'apparition du champ minimum.
Visualisation des champs magnétiques primaires filamenteux résultant de mouvements à grande échelle de plasma non magnétisé.
Crédit : Muni Zhou et al.
L'une des propriétés importantes du plasma qui existeentre les étoiles et les galaxies - elle est très dispersée, environ une particule par mètre cube. De plus, à l’intérieur des étoiles, la densité des particules est environ 30 ordres de grandeur plus élevée. La faible densité indique que les particules des plasmas cosmologiques n'entrent jamais en collision, ce qui a un effet important sur leur comportement.
Les scientifiques ont suivi la dynamique du plasma, quise sont développés à partir d'ondes bien ordonnées, mais sont devenus turbulents à mesure que l'amplitude augmentait et les interactions sont devenues hautement non linéaires. En intégrant l'influence détaillée de la dynamique du plasma à petite échelle sur les processus astrophysiques macroscopiques, ils ont démontré que les champs magnétiques primordiaux peuvent être générés spontanément. en raison de mouvements généraux à grande échelle aussi simples que des écoulements de cisaillement. Comme sur Terre, l'énergie mécanique a été convertie en énergie magnétique.
Un résultat important de leurs calculs étaitamplitude du champ magnétique attendu généré spontanément. Il s'est avéré qu'il peut croître de zéro jusqu'au niveau auquel le plasma devient « magnétisé », c'est-à-dire lorsque la présence du champ affecte fortement sa dynamique. À ce stade, un mécanisme de dynamo traditionnel peut élever les champs à des niveaux observables. Ainsi, le nouveau travail présente un modèle auto-cohérent pour la génération de champs magnétiques à l’échelle cosmologique et explique comment ils pourraient apparaître « à partir de rien ».
Quelle est la ligne du bas?
Professeur Ellen Zweibel du WisconsinL'Université de Madison, co-auteur de l'étude, note : « Malgré des décennies de progrès en cosmologie, l'origine des champs magnétiques dans l'univers reste inconnue. C'est agréable de voir la théorie moderne de la physique des plasmas et les simulations numériques qui visent à résoudre ce problème fondamental."
Zhou et ses collègues continueront à s'améliorermodéliser et étudier la transition de la génération initiale du champ à la phase d'amplification dynamo. la première étape dans la construction d’un nouveau paradigme pour comprendre la magnétogenèse dans l’Univers. »
Lire la suite
La gravité et la matière noire n'existent pas: l'essentiel du nouveau travail des physiciens
Quelque chose d'étrange se passe dans l'Univers : comment expliquer les incohérences dans la constante de Hubble
Pourquoi veulent-ils vraiment annuler le système d'éducation de Bologne en Russie