Az emberek által megfigyelt összes asztrofizikai objektumot mágneses mező veszi körül. És nem csak a környező területen
Mágneses mező mindenhol
Természetes mágneses mezők mindenhol megtalálhatókaz Univerzumban. Több ezer évvel ezelőtt fedezték fel őket először a Földön a mágnesezett ásványokkal való kölcsönhatásuk miatt. Már jóval azelőtt használták őket navigációra, hogy az emberek megértették volna természetüket vagy eredetüket. A Nap mágnesességét a huszadik század elején fedezték fel a csillag által kibocsátott fény spektrumára gyakorolt hatása miatt. Azóta a tudósok erősebb távcsövekkel a mélyűr megfigyelésére felfedezték, hogy ezek a mezők mindenhol megtalálhatók.
És bár a tudósok már régóta megtanultákállandó mágnesek és elektromágnesek gyártása és használata, ezeknek a mezőknek a természetes eredete az Univerzumban továbbra is rejtély maradt. Egy nemrégiben készült tanulmányban a tudósok megfejtették ennek a rejtvénynek egy részét, de a kérdés számos aspektusáról még mindig vita folyik.
A korábbi tanulmányok során a tudósok megértették, hogyanA turbulencia az úgynevezett dinamós folyamat révén megerősítheti a már meglévő mágneses tereket, de ez a felfedezés csak újabb kérdéseket vetett fel.
Az új munka részeként a tudósok megmutatták a főolyan folyamatok, amelyek egy mezőt generálnak egy teljesen nem mágnesezett állapotból addig a pontig, ahol az elég erős ahhoz, hogy a dinamómechanizmus megfigyelhető nagyságokra erősítse azt.
Dinamó effektus és az univerzum vezetékek nélkül
A tudósok azt fontolgatták, hogyan lehet létrehoznielektromos és mágneses mezők a laboratóriumban. Amikor vezetékek, például rézhuzal mozognak rajtuk, elektromos mezők jönnek létre. Ezután szabályozhatják az elektromos áramokat. Ez termeli azt a villamos energiát, amelyet az emberek minden nap felhasználnak. Ezen az indukciós folyamaton keresztül a nagy generátorok vagy dinamók a mechanikai energiát elektromágneses energiává alakítják, amely táplálja otthonainkat és irodáinkat. A dinamók legfontosabb jellemzője, hogy működésükhöz mágneses mezőre van szükség.
De az Univerzumban nincsenek vezetékekvagy nagy acélszerkezetek, akkor hogyan keletkeznek mezők? A probléma megoldásában elért haladás körülbelül egy évszázaddal ezelőtt kezdődött, amikor a tudósok elkezdtek gondolkodni a Föld mágneses mezőjének forrásán. Addigra a szeizmikus hullámterjedés vizsgálatai kimutatták, hogy a köpeny hidegebb felszíni rétegei alatti bolygók többsége folyékony. A tudósok arra is rájöttek, hogy a Földön van egy mag, amely olvadt nikkelből és vasból áll. A kutatók azt feltételezték, hogy ennek a forró, elektromosan vezető folyadéknak a konvektív mozgása és a bolygó forgása valamilyen módon összekapcsolódik a Föld mezőjének létrehozásával.
Végül megjelentek a modellekmegmutatta, hogy a konvektív mozgás hogyan javíthatja a meglévő mezőt. Ez egy példa az önszerveződésre – ez az összetett dinamikai rendszerekben gyakran megfigyelhető tulajdonság –, ahol a nagyméretű struktúrák spontán módon nőnek ki a kis léptékű dinamikából. De csakúgy, mint egy erőműnek, mágneses mezőre van szükség a mágneses mező létrehozásához.
Hasonló folyamat megy végbeVilágegyetem. A csillagokban és galaxisokban, illetve a köztük lévő térben azonban az elektromosan vezető folyadék nem olvadt fém, hanem plazma. Ez az anyagállapot akkor következik be, amikor az elektronokat leválasztják atomjaikról. A Földön a plazma villám formájában látható. Ilyen környezetben a dinamóhatás felerősítheti a meglévő mágneses teret, ha az valamilyen minimális szinten elindul.
Primer mágneses mezők szimulációja
Honnan jött ez az elsődleges vagy minimális?mágneses mező? Ennek kiderítésére a tudósok tanulmányt végeztek, amelynek eredményeit a PNAS tette közzé. A tanulmány szerzője és az MIT végzős hallgatója, Moonee Zhou kidolgozta a mögöttes elméletet, és numerikus szimulációkat végzett nagy teljesítményű szuperszámítógépeken, hogy megértse, mely alapvető folyamatok felelősek a minimummező kialakulásáért.
A nem mágnesezett plazma nagy léptékű mozgásából adódó rostos primer mágneses mezők megjelenítése.
Köszönetnyilvánítás: Muni Zhou et al.
A létező plazma egyik fontos tulajdonságacsillagok és galaxisok között - erősen szórt, körülbelül egy részecske köbméterenként. Ráadásul a csillagok belsejében a részecskék sűrűsége körülbelül 30 nagyságrenddel nagyobb. Az alacsony sűrűség azt jelzi, hogy a kozmológiai plazmák részecskéi soha nem ütköznek össze, ami fontos hatással van viselkedésükre.
A tudósok nyomon követték a plazma dinamikáját, amijól rendezett hullámokból fejlődtek ki, de az amplitúdó növekedésével turbulenssé váltak, és a kölcsönhatások erősen nemlineárisak lettek. A kis léptékű plazmadinamika makroszkopikus asztrofizikai folyamatokra gyakorolt részletes hatásának beépítésével bebizonyították, hogy az ősmágneses terek spontán módon generálhatók az általános nagy léptékű mozgások miatt, amelyek egyszerűek, mint a nyíró áramlások. A Földhöz hasonlóan a mechanikai energia átalakul mágneses.
Számításaik fontos eredménye az volta várható spontán generált mágneses tér amplitúdója. Kiderült, hogy a nulláról addig a szintig nőhet, amikor a plazma „mágnesesedik”, vagyis amikor a mező jelenléte erősen befolyásolja dinamikáját. Ezen a ponton egy hagyományos dinamós mechanizmus megfigyelhető szintre tudja emelni a mezőket. Így az új munka egy önkonzisztens modellt mutat be a mágneses mezők kozmológiai léptékű létrehozására, és elmagyarázza, hogyan jelenhetnek meg „a semmiből”.
Mi a lényeg?
Ellen Zweibel Wisconsin professzorA Madison Egyetem, a tanulmány társszerzője megjegyzi: „A kozmológia több évtizedes fejlődése ellenére a világegyetem mágneses mezőinek eredete továbbra is ismeretlen. Jó látni a modern plazmafizikai elméletet és a numerikus szimulációkat, amelyek célja ennek az alapvető problémának a megoldása."
Zhou és kollégái továbbra is javítani fognakmodellezni és tanulmányozni az átmenetet a kezdeti terepi generálásból a dinamóerősítési fázisba. A tudósok azt is szeretnék kideríteni, hogy ez a folyamat működhet-e a csillagászati megfigyeléseknek megfelelő időskálán. A kutatókat idézve: „Ez a munka azt jelenti, az első lépés egy új paradigma felépítésében a világegyetem magnetogenezisének megértéséhez."
Olvass tovább
A gravitáció és a sötét anyag nem létezik: ez a legfontosabb a fizikusok új munkájában
Valami furcsa történik az Univerzumban: hogyan magyarázzuk meg a Hubble-állandó következetlenségeit
Miért akarják valójában megszüntetni a bolognai oktatási rendszert Oroszországban?