Plasma bobler hjælper med at udløse massive magnetiske hændelser i det ydre rum

Forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har opdaget centrale forhold, der giver anledning til hurtig magnetisk genforbindelse, den proces, der udløser solblusser, auroraer, og geomagnetiske storme, der kan forstyrre signaloverførsler og andre elektriske aktiviteter, herunder mobiltelefon service. Processen sker, når magnetfeltlinjerne i plasma, det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner, gå i stykker og forbinde voldsomt igen, frigiver store mængder energi. Dette sker i tynde plader, kaldes aktuelle ark, hvor elektrisk strøm er stærkt koncentreret.

Ved at inkorporere computersimuleringer, fundene tilføjer en tidligere teori om hurtig genforbindelse udviklet matematisk af fysikere ved PPPL og Princeton University. De nye resultater indeholder en forudsigelsesmodel, der giver en mere fuldstændig beskrivelse af den involverede fysik.

Virkningen af ​​genforbindelse kan mærkes i hele universet. Processen kan forårsage enorme udbrud af gammastråling, der menes at være forbundet med supernovaeksplosioner og dannelsen af ​​ultratætte neutronstjerner og sorte huller. "En gammastråle brast i vores Mælkevejs galakse, hvis den peger mod Jorden, potentielt kan forårsage en masseudryddelse, "sagde PPPL-fysikeren Yi-Min Huang, hovedforfatter til et papir, der rapporterer resultaterne i Astrofysisk Journal . "Klart, det er vigtigt at vide, hvornår, hvordan, og hvorfor magnetisk genforbindelse finder sted. "

Forskere har observeret, at genforbindelse pludselig sker, efter en lang periode med hvilende adfærd af magnetfelter inde i aktuelle ark. Hvad der præcist får magnetfelterne til at adskille og genoprette forbindelse, og hvorfor sker genforbindelsen hurtigere, end teorien siger, at den burde?

Ved hjælp af computersimuleringer og teoretisk analyse, fysikerne demonstrerede, at et fænomen kaldet "plasmoid ustabilitet" skaber bobler i plasma, der kan føre til genforbindelse, når visse betingelser er opfyldt:

• Plasmaet skal have et højt Lundquist -tal, hvilket karakteriserer, hvor godt den leder elektricitet.
• Tilfældige udsving i plasmaets magnetfelt tilvejebringer "frø", hvorfra plasma -ustabiliteten vokser.

Taget sammen, disse betingelser tillader plasmoid ustabilitet at give anledning til genforbindelse i aktuelle ark. "Vores undersøgelse tyder på, at afbrydelse af det nuværende ark forårsaget af plasmoid ustabilitet kan give en udløser, "Sagde Huang.

Udløseren bryder todimensionale ark af elektrisk strøm i plasma op i bobler, eller plasmoider, og mange mindre ark. Det stigende antal ark skaber større mulighed for, at magnetiske linjer kan bryde fra hinanden og slutte sig sammen. Genforbindelse sker også mere end ét sted, får den samlede hastighed for et helt system til at stige.

Den mindre størrelse af aktuelle ark fremskynder også genforbindelsen. Elektromagnetiske kræfter har en tendens til at drive plasmaet mellem ark, producerer bevægelse, der accelererer, når arkene brydes i mindre. Det accelererende plasma bringer hurtigere magnetiske linjer sammen og fører til hurtigere genforbindelseshastigheder.

Huang og andre fysikere vil gerne teste deres nye model ved hjælp af eksperimentelle maskiner med ekstra kapacitet. Selvom der ikke findes en sådan maskine i øjeblikket, forskere ser frem til en ny enhed, der kommer online.