Visi astrofiziniai objektai, kuriuos stebi žmonės, yra apsupti magnetinių laukų. Ir ne tik apylinkėse
Magnetiniai laukai visur
Natūralūs magnetiniai laukai yra visur Visatoje. Pirmą kartą jie buvo atrasti Žemėje prieš tūkstančius metų dėl sąveikos su įmagnetintais mineralais. Jie buvo naudojami navigacijai dar ilgai, kol žmonės suprato jų prigimtį ar kilmę. Magnetizmas Saulėje buvo atrastas XX amžiaus pradžioje dėl jo įtakos žvaigždės skleidžiamos šviesos spektrui. Nuo tada, naudodamiesi galingesniais teleskopais giliai kosmosui stebėti, mokslininkai atrado, kad šie laukai yra visur.
Ir nors mokslininkai jau seniai išmokonuolatinių magnetų ir elektromagnetų gamyba ir naudojimas, natūrali šių laukų kilmė Visatoje liko paslaptis. Neseniai atliktame tyrime mokslininkai išsprendė dalį šio galvosūkio, tačiau daugelis šio klausimo aspektų vis dar diskutuoja.
Ankstesniuose tyrimuose mokslininkai suprato, kaipturbulencija gali sustiprinti jau egzistuojančius magnetinius laukus per vadinamąjį dinamo procesą. Tačiau šis atradimas sukėlė tik daugiau klausimų. Jei turbulentinis dinamas gali tik sustiprinti esamus, tai iš kur atsirado originalus, „sėklų“ magnetinis laukas?
Vykdydami naują darbą mokslininkai parodė pagrindinįprocesai, generuojantys lauką iš visiškai neįmagnetintos būsenos iki taško, kuriame jis yra pakankamai stiprus, kad dinamo mechanizmas jį sustiprintų iki stebimų dydžių.
Dinamo efektas ir visata be laidų
Mokslininkai svarstė, kaip sukurtielektriniai ir magnetiniai laukai laboratorijoje. Kai per juos juda laidininkai, tokie kaip varinė viela, susidaro elektriniai laukai. Tada jie gali valdyti elektros sroves. Taip gaminama elektra, kurią žmonės naudoja kasdien. Per šį indukcijos procesą dideli generatoriai arba dinamos paverčia mechaninę energiją į elektromagnetinę energiją, kuri maitina mūsų namus ir biurus. Pagrindinė dinamų savybė yra ta, kad joms veikti reikia magnetinių laukų.
Tačiau Visatoje nėra jokių laidųarba didelės plieninės konstrukcijos, tai kaip atsiranda laukai? Pažanga sprendžiant šią problemą prasidėjo maždaug prieš šimtmetį, kai mokslininkai pradėjo galvoti apie Žemės magnetinio lauko šaltinį. Iki tol seisminių bangų sklidimo tyrimai parodė, kad dauguma planetų, esančių po vėsesniais paviršiniais mantijos sluoksniais, buvo skystos. Mokslininkai taip pat suprato, kad Žemėje yra šerdis, susidedanti iš išlydyto nikelio ir geležies. Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad šio karšto, elektrai laidžio skysčio konvekcinis judėjimas ir planetos sukimasis kažkaip susijungia ir sukuria Žemės lauką.
Galiausiai pasirodė modeliaiparodė, kaip konvekcinis judėjimas gali sustiprinti esamą lauką. Tai yra savaiminio organizavimo pavyzdys – ši savybė dažnai pastebima sudėtingose dinaminėse sistemose – kai didelės struktūros spontaniškai išauga iš mažos dinamikos. Bet kaip ir elektrinei, jums reikia magnetinio lauko, kad sukurtumėte magnetinį lauką.
Panašus procesas vyksta visameVisata. Tačiau žvaigždėse ir galaktikose, taip pat erdvėje tarp jų elektrai laidus skystis yra ne išlydytas metalas, o plazma. Tokia materijos būsena susidaro, kai elektronai yra atplėšiami nuo jų atomų. Žemėje plazmą galima pamatyti žaibo pavidalu. Tokioje aplinkoje dinamo efektas gali sustiprinti esamą magnetinį lauką, jei jis prasideda nuo tam tikro minimalaus lygio.
Pirminių magnetinių laukų modeliavimas
Iš kur atsirado šis pagrindinis ar minimalus?magnetinis laukas? Norėdami tai išsiaiškinti, mokslininkai atliko tyrimą, kurio rezultatus skelbia PNAS. Tyrimo autorė ir MIT absolventė Moonee Zhou sukūrė pagrindinę teoriją ir atliko skaitmeninius modelius galinguose superkompiuteriuose, kad suprastų, kokie pagrindiniai procesai yra atsakingi už minimalaus lauko atsiradimą.
Gijinių pirminių magnetinių laukų, atsirandančių dėl didelio masto neįmagnetintos plazmos judėjimo, vizualizacija.
Kreditas: Muni Zhou ir kt.
Viena iš svarbiausių egzistuojančios plazmos savybiųtarp žvaigždžių ir galaktikų – ji labai išsibarsčiusi, maždaug viena dalelė kubiniame metre. Be to, žvaigždžių viduje dalelių tankis yra maždaug 30 laipsnių didesnis. Mažas tankis rodo, kad dalelės kosmologinėse plazmose niekada nesusiduria, o tai turi didelę įtaką jų elgesiui.
Mokslininkai stebėjo plazmos dinamiką, kuriišsivystė iš gerai sutvarkytų bangų, tačiau, didėjant amplitudei, tapo audringa, o sąveika tapo labai netiesinė. Įtraukdami išsamią mažo masto plazmos dinamikos įtaką makroskopiniams astrofiziniams procesams, jie parodė, kad pirminiai magnetiniai laukai gali būti generuojami spontaniškai. dėl bendrų didelio masto judesių, tokių kaip šlyties srautai. Kaip ir Žemėje, mechaninė energija buvo paverčiama magnetine energija.
Svarbus jų skaičiavimų rezultatas buvotikėtino spontaniškai susikuriančio magnetinio lauko amplitudė. Paaiškėjo, kad jis gali augti nuo nulio iki tokio lygio, kai plazma tampa „įmagnetinta“, tai yra, kai lauko buvimas stipriai veikia jo dinamiką. Šiuo metu tradicinis dinamo mechanizmas gali pakelti laukus iki stebimo lygio. Taigi naujajame darbe pateikiamas savaime nuoseklus magnetinių laukų generavimo kosmologiniu mastu modelis ir paaiškinama, kaip jie gali atsirasti „iš nieko“.
Kokia esmė?
Viskonsino profesorė Ellen ZweibelMadisono universitetas, tyrimo bendraautoris, pažymi: „Nepaisant dešimtmečių kosmologijos pažangos, magnetinių laukų kilmė visatoje lieka nežinoma. Smagu matyti šiuolaikinę plazmos fizikos teoriją ir skaitmeninius modeliavimus, kuriais siekiama išspręsti šią esminę problemą.
Zhou ir jos kolegos toliau tobulėsmodeliuoti ir ištirti perėjimą nuo pradinio lauko generavimo prie dinamo stiprinimo fazės. Mokslininkai taip pat nori išsiaiškinti, ar šis procesas gali veikti laiko skalėje, atitinkančioje astronominius stebėjimus. Cituoti tyrėjus: „Šis darbas atspindi pirmasis žingsnis kuriant naują paradigmą, leidžiančią suprasti magnetogenezę Visatoje.
Skaityti daugiau
Gravitacijos ir tamsiosios medžiagos nėra: svarbiausia naujame fizikų darbe
Visatoje vyksta kažkas keisto: kaip paaiškinti Hablo konstantos neatitikimus
Kodėl jie iš tikrųjų nori atšaukti Bolonijos švietimo sistemą Rusijoje?