06 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Как са посяти във Вселената "семената" на магнитните полета?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 01 юни 2022 в 00:01 51590
Галактиката Кентавър. Кредит: Европейска южна обсерватория (ESO)

Навсякъде във Вселената има магнитни полета, в мащаба на атоми с частици, които имат магнитен спин, през хладилници със залепени върху тях магнити, през звезди и планети с магнитно поле до галактики и галактически купове с мощни магнитни полета.

Магнитните полета обикновено не са силни, обикновено полетата не са по-силни от тези на магнита за хладилник, но въпреки малката си сила те влияят на всички видове процеси, протичащи във Вселената.

И в случая ключовият въпрос е: Откъде всъщност идват магнитните полета?

Добре, вече знаем, че турбуленцията в течности може да усили съществуващите магнитни полета чрез нещо, наречено магнитно динамо.

Турбулентно динамо може да усили магнитно поле, но откъде идва „зародишът“? Първичното магнитно поле?

Екип изследователи, ръководен от Муни Джоу (Muni Zhou) от Масачузетския технологичен институт MIT, се задълбочава в това и разглежда как едно напълно немагнитно състояние може да се промени в магнитно състояние, от което след това могат да се генерират по-силни магнитни полета чрез процеса на магнитното динамо.

В лабораторията е просто: електрическият ток може да генерира магнитно поле, както е демонстрирано отдавна от Оерстед и Ампер - електрическите полета от своя страна могат да бъдат създадени, когато проводник като медна жица се движи през магнитно поле. Но нещата не са толкова лесни във Вселената, както в лабораторията.

Земята също има магнитно поле, при което конвекционните токове в мантията и въртенето на Земята засилват магнитното поле на желязо-никеловото ядро. Но отново е необходимо някакво магнитно поле в началото.

Но откъде идва „зародишът на полето“?

Визуализация на нишковидни магнитни полета, възникващи от мащабни движения на немагнетизирана плазма в компютърна симулация. Кредит: Muni Zhou et al

Джоу и колегите му провеждат компютърни симулации (вижте изображението по-горе) и откриват, че зародишът изглежда се крие в плазмата, йонизираният газ между звездите и галактиките, който може да бъде много дифузен, с ниска плътност от само 1 частица на кубичен метър – при звездите плътността може да бъде до 30 порядъка по-висока. Поради тази ниска плътност, частиците на плазмата почти никога не се сблъскват, което има важно влияние върху тяхното поведение, което е включено в модела, разработен от изследователите..

Преди да се развие турбулентността, която усилва вече създадените зародиши на магнитни полета, е по-просто дрижение, наречено ламинарно, при което частиците се движат успоредно, възможно с различни скорости. Тези разлики създават срязваща сила и при високи числа на Рейнолдс, когато вискозитетът на флуида не е достатъчно силен, за да гаси смущенията в потока, флуидите стават нестабилни и може да възникне турбулентен режим.

Изчисленията им следват динамиката в тези плазми, които се развиват от добре подредени вълни в турбулентни с нарастването на амплитудата и взаимодействията стават силно нелинейни. Чрез включването на подробни ефекти от динамиката на плазмата в малки мащаби върху макроскопичните астрофизични процеси, авторите демонстрират, че първите магнитни полета могат да бъдат произведени спонтанно от прости движения, произвеждащи мащабна сила на срязване, водеща до повсеместно намагнетизиране на космическите плазми.

Важен резултат от тяхното изчисление е амплитудата на очакваното спонтанно генерирано магнитно поле. Това показа, че амплитудата на полето може да се повиши от нула до ниво, при което плазмата е "магнетизирана" - тоест където динамиката на плазмата е силно повлияна от присъствието на полето. В този момент традиционният динамо механизъм може да поеме и може допълнително да засили магнитните полета до нивата, които се наблюдават.

Така екипът представя самопоследователен модел за генериране на магнитни полета в космологичен мащаб.

"Тази работа осигурява първата стъпка в изграждането на нова парадигма за разбиране на магнитогенезата във Вселената", пишат изследователите.

Справка: Muni Zhou et al, Spontaneous magnetization of collisionless plasma, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2119831119

Източник: How the universe got its magnetic field
Martin Greenwald, Phys.org


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.