人間が観察するすべての天体物理的物体は磁場に囲まれています。 周囲の領域だけではありません。
どこでも磁場
自然磁場はどこにでも存在します宇宙の中で。それらは磁化された鉱物との相互作用により、数千年前に地球上で初めて発見されました。それらは、人々がその性質や起源を理解するずっと前から、ナビゲーションに使用されていました。太陽の磁気は、星が発する光のスペクトルへの影響により、20 世紀初頭に発見されました。それ以来、科学者たちはより強力な望遠鏡を使用して深宇宙を観察し、これらの領域がいたるところにあることを発見しました。
そして、科学者たちは長い間学んできましたが、永久磁石と電磁石の製造と使用、宇宙におけるこれらの磁場の自然起源は謎のままでした。最近の研究で、科学者たちはこのパズルの一部を解明しましたが、この問題の多くの側面はまだ議論されています。
これまでの研究で、科学者たちはその仕組みを理解していました。乱流は、いわゆるダイナモプロセスを通じて既存の磁場を強化することができますが、この発見は、乱流ダイナモが既存の磁場を強化することしかできないのであれば、元の「種」の磁場はどこから来たのかというさらなる疑問を引き起こしました。
新しい仕事の一部として、科学者はメインを示しました完全に磁化されていない状態から、ダイナモメカニズムが観測可能な大きさまで増幅するのに十分な強度のポイントまでフィールドを生成するプロセス。
ダイナモ効果とワイヤーのない宇宙
科学者たちはその作成方法を検討しました。実験室の電場と磁場。銅線などの導体がその中を移動すると、電界が発生します。その後、電流を制御できるようになります。これにより、人々が毎日使用する電気が生成されます。この誘導プロセスを通じて、大型の発電機またはダイナモは機械エネルギーを電磁エネルギーに変換し、家庭やオフィスに電力を供給します。ダイナモの重要な特徴は、動作するために磁場が必要であることです。
しかし、宇宙には電線はありませんあるいは大きな鉄骨構造物では、フィールドはどのようにして発生するのでしょうか?この問題の解決への進歩は、科学者たちが地球の磁場の発生源について考え始めた約 1 世紀前に始まりました。その時までに、地震波の伝播の研究により、マントルのより冷たい表層の下にある惑星のほとんどは液体であることが示されていた。科学者たちはまた、地球の中に溶けたニッケルと鉄からなる核があることにも気づきました。研究者らは、この高温の導電性流体の対流運動と惑星の回転が何らかの形で組み合わさって地球の磁場が形成されるのではないかと仮説を立てた。
やがて、次のようなモデルが登場しました。対流運動が既存のフィールドをどのように強化できるかを示しました。これは、自己組織化 (複雑な力学系でよく観察される特性) の一例であり、小規模な力学から大規模な構造が自発的に成長します。しかし、発電所と同じように、磁場を作り出すには磁場が必要です。
同様のプロセスが全体で発生します宇宙。しかし、星や銀河、そしてそれらの間の空間では、導電性の液体は溶融金属ではなくプラズマです。物質のこの状態は、原子から電子が剥ぎ取られるときに発生します。地球上では、プラズマは稲妻の形で見ることができます。このような環境では、ダイナモ効果が何らかの最小レベルで開始すると、既存の磁場が強化される可能性があります。
一次磁場のシミュレーション
このプライマリまたはミニマルはどこから来たのでしょうか?磁場？ それを解明するために、科学者たちは研究を実施し、その結果はPNASによって発表されました。研究著者でMIT大学院生のムーニー・ジョウ氏は、基本理論を開発し、強力なスーパーコンピューターで数値シミュレーションを実施して、最小場の出現にどのような基本プロセスが関与しているかを理解しました。
磁化されていないプラズマの大規模な動きから生じるフィラメント状の一次磁場の可視化。
クレジット：Muni Zhouetal。
存在するプラズマの重要な性質の 1 つ星と銀河の間 - 非常に散乱しており、立方メートルあたり約 1 個の粒子です。 さらに、星の内部では粒子の密度が約 30 桁も高くなります。 密度が低いということは、宇宙論的プラズマ内の粒子が決して衝突しないことを示しており、これが粒子の挙動に重要な影響を及ぼします。
科学者たちはプラズマのダイナミクスを追跡しました。整然とした波から発達しましたが、振幅が増加するにつれて乱流になり、相互作用は高度に非線形になりました。 巨視的な天体物理プロセスに対する小規模プラズマ力学の詳細な影響を組み込むことにより、原始磁場が自発的に生成される可能性があることを実証しました。せん断流のような単純な一般的な大規模な動きによるものです。地球上と同様に、機械エネルギーは磁性。
彼らの計算の重要な結果は、予想される自然発生磁場の振幅。プラズマはゼロから、プラズマが「磁化」されるレベル、つまり場の存在がプラズマのダイナミクスに強く影響するレベルまで成長できることが判明しました。この時点で、従来のダイナモメカニズムによりフィールドを観測可能なレベルまで上げることができます。したがって、新しい研究は、宇宙規模での磁場の生成に関する首尾一貫したモデルを提示し、磁場がどのようにして「何もないところから」現れるのかを説明しています。
一番下の行は何ですか？
ウィスコンシン州のエレン・ツヴァイベル教授この研究の共著者であるマディソン大学は次のように述べています。「宇宙論の進歩にもかかわらず、宇宙の磁場の起源は不明のままです。この根本的な問題を解決することを目的とした現代のプラズマ物理理論と数値シミュレーションを見るのは素晴らしいことです。」
周氏と同僚は今後も改善を続けていきます初期の場の生成からダイナモ増幅段階への移行をモデル化して研究します。 科学者たちはまた、このプロセスが天体観測と一致する時間スケールで動作できるかどうかを知りたいと考えています。 研究者の言葉を借りれば、「この研究は次のことを表しています。」宇宙の磁気発生を理解するための新しいパラダイムを構築する第一歩です。」
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