Mixmaster:Modellering af magnetisk genforbindelse i delvist ioniseret plasma

Mange af de mest dramatiske begivenheder i solsystemet – skuet af nordlyset, eksplosiviteten af ​​soludbrud, og de destruktive virkninger af geomagnetiske storme, der kan forstyrre kommunikation og elektriske net på Jorden - er delvist drevet af et almindeligt fænomen:hurtig magnetisk genforbindelse. I denne proces er magnetfeltlinjerne i plasma-den gaslignende tilstand af stof bestående af frie elektroner og atomkerner, eller ioner - rive, komme sammen igen og frigive store mængder energi (Figur 1).

Astrofysikere har længe undret sig over, om denne mekanisme kan opstå i kulde, relativt tætte områder af det interstellare rum uden for solsystemet, hvor stjerner er født. Sådanne områder er fyldt med delvist ioniseret plasma, en blanding af frit ladede elektroner og ioner og de mere velkendte neutrale, eller hel, atomer af gas. Hvis magnetisk genforbindelse sker i disse områder, kan det sprede magnetiske felter og stimulere stjernedannelsen.

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har udviklet en model og simulering, der viser potentialet for genforbindelse i det interstellare rum.

"Vores modeller viser, at hurtig genforbindelse faktisk kan forekomme i delvist ioniserede systemer, " siger Dr. Jonathan Jara-Almonte, en fysiker ved PPPL.

Dr. Jara-Almonte udviklede en matematisk model, der tilføjer neutrale partiklers opførsel til tidligere simuleringer af fuldt ioniseret plasma. Kraftige Princeton University-computere løste derefter ligningerne, som bestemmer bevægelsen af ​​milliarder af plasmapartikler

Disse fund kan hjælpe med at guide forståelsen af, hvordan genforbindelse kan variere mellem fuldt ioniseret og delvist ioniseret plasma, og hvordan det kan påvirke dannelsen af ​​stjerner. Forskere vil derefter sammenligne disse simuleringer med magnetisk genforbindelse i små laboratorieeksperimenter ved PPPL for at validere de tilnærmelser, der er brugt i modellen.