Nye supercomputersimuleringer udforsker magnetisk genforbindelse og gør en overraskende opdagelse

Magnetisk genforbindelse, en proces, hvor magnetfeltlinjer rives og kommer sammen igen, frigiver store mængder kinetisk energi, forekommer i hele universet. Processen giver anledning til auroras, solblusser og geomagnetiske storme, der kan forstyrre mobiltelefontjenester og elektriske net på Jorden. En stor udfordring i undersøgelsen af ​​magnetisk genforbindelse, imidlertid, bygger bro mellem disse store astrofysiske scenarier og små eksperimenter, der kan udføres i et laboratorium.

Forskere har nu overvundet denne barriere gennem en kombination af smarte eksperimenter og banebrydende simuleringer. Derved, de har afdækket en tidligere ukendt rolle for en universel proces kaldet "Biermann -batterieffekten, "som viser sig at påvirke magnetisk genforbindelse på uventede måder.

Biermann batteri effekt, et muligt frø til de magnetiske felter, der gennemsyrer vores univers, genererer en elektrisk strøm, der producerer disse felter. Overraskelsesfundene, lavet ved computersimuleringer, vis effekten kan spille en væsentlig rolle i den genforbindelse, der opstår, når Jordens magnetosfære interagerer med astrofysiske plasmaer. Effekten genererer først magnetfeltlinjer, men vender derefter roller og klipper dem som en saks, der skærer et gummibånd. De udskårne felter genopretter derefter væk fra det oprindelige genforbindelsespunkt.

Simuleringerne modellerede resultaterne af eksperimenter i Kina, der studerede plasmaer med høj energi-densitet-materie under ekstreme pres. Eksperimenterne brugte lasere til at sprænge et par plasmabobler fra et fast metalmål. Simuleringer af det tredimensionelle plasma (figur 1) spores ekspansionen af ​​boblerne og de magnetiske felter, som Biermann-effekten skabte, sporing af kollisionen af ​​felterne for at producere magnetisk genforbindelse. Forskere udførte disse simuleringer på Titan -supercomputeren ved U.S. Department of Energy's Oak Ridge Leadership Computing Facility ved Oak Ridge National Laboratory.

Resultaterne "giver en ny platform til at replikere genforbindelsen observeret i astrofysiske plasmaer i laboratoriet, "sagde Jackson Matteucci, en kandidatstuderende i Plasma Physics -programmet ved Princeton Plasma Physics Laboratory, der ledede forskningen.

Ved at bygge bro mellem den traditionelle kløft mellem laboratorieforsøg og astrofysiske processer, disse resultater åbner et nyt kapitel i bestræbelserne på at forstå universet.