
Урожай магнитных полей в космической пустоте
Как возникают и развиваются магнитные поля во Вселенной? Этот вопрос долгое время оставался загадкой для астрофизиков. Существовали две основные гипотезы: магнитные поля могли возникнуть в результате Большого взрыва или же формироваться локально в любом месте и в любое время. Недавнее исследование, основанное на компьютерном моделировании, добавляет поддержку последней гипотезе, показывая, как гравитация может смешивать заряженные частицы в астрофизической плазме и создавать «магнитные семена» — премагнитные поля, которые затем усиливаются. Исследователи впервые связали все этапы этого процесса.
— Александр Щекочихин, физик плазмы из Оксфордского университета.
Еще одна загадка заключается в том, что в космических пустотах мало плазмы — в среднем одна частица на каждые 10 кубических метров. Поэтому возникает вопрос о том, как магнитное поле может зарождаться в таких условиях. В 2010 году астрономы обнаружили слабые магнитные поля в пустотах, изучая излучение от сверхмассивных черных дыр. Они предположили, что эти поля отклоняют частицы, что помогло выявить единицы полосы излучения.
Одна из теоретических моделей утверждает, что эти слабые магнитные поля являются первичными, возникшими во время Большого взрыва, когда появилось четыре фундаментальные силы, которые известны нам сегодня. Однако эти модели не смогли объяснить, как эти поля стали такими сильными и стабильными.
Конкурирующая модель, основанная на теории физика Эриха Вайбеля 1959 года, гласит, что премагнитные поля могут генерироваться локально. Вайбель предсказал, что разница в температурах между произвольными частицами, которые движутся в разных направлениях, может породить слабое магнитное поле, сегодня известное как нестабильность Вайбеля.
Лоренцо Сирони, астрофизик-теоретик из Колумбийского университета, и его коллеги, наконец, связали механизмы формирования премагнитных полей и их роста. Исследователи провели симуляцию плазмы, состоящей из более 100 миллиардов частиц, которая развивалась на суперкомпьютере НАСА в течение 50 миллионов процессорных часов. Результаты показали, как «магнитные семена» могут эффективно прорастать в масштабное магнитное поле с половиной энергии первоначальной турбулентности.
Хотя данная модель демонстрирует впечатляющие результаты, она все же имеет несколько ограничений. Для упрощения взаимодействия частиц, симуляция команды Сирони использовала электроны и позитроны вместо электронов и протонов, составляющих плазму в космических пустотах. Воспроизведение этих результатов в более реалистичных условиях плазмы все еще остается под вопросом. Требуются дополнительные исследования для количественной оценки реальных свойств турбулентности в космических пустотах.
Для Сирони моделирование магнитогенеза предлагает не только объяснение странных астрофизических наблюдений, но и более глубокое понимание проблемы. Космические пустоты представляют собой наиболее малоизученные области Вселенной и, таким образом, они открывают нам окно в прошлое. Если турбулентная плазма могла генерировать масштабные магнитные поля в ранней пустой Вселенной, то эти силы, дополняя гравитацию, могли оказывать влияние на эволюцию звезд и галактик.
Магнитные поля обычно возникают, когда заряженные частицы движутся согласованно, например, электроны внутри магнита холодильника или электрические токи в Земле. Однако в астрофизической плазме, которая преобладает во Вселенной, электрический заряд движется неорганизованно, что делает процесс формирования магнитных полей гораздо сложнее. Плазма в Вселенной характеризуется хаотичностью
— Александр Щекочихин, физик плазмы из Оксфордского университета.
Еще одна загадка заключается в том, что в космических пустотах мало плазмы — в среднем одна частица на каждые 10 кубических метров. Поэтому возникает вопрос о том, как магнитное поле может зарождаться в таких условиях. В 2010 году астрономы обнаружили слабые магнитные поля в пустотах, изучая излучение от сверхмассивных черных дыр. Они предположили, что эти поля отклоняют частицы, что помогло выявить единицы полосы излучения.
Одна из теоретических моделей утверждает, что эти слабые магнитные поля являются первичными, возникшими во время Большого взрыва, когда появилось четыре фундаментальные силы, которые известны нам сегодня. Однако эти модели не смогли объяснить, как эти поля стали такими сильными и стабильными.
Конкурирующая модель, основанная на теории физика Эриха Вайбеля 1959 года, гласит, что премагнитные поля могут генерироваться локально. Вайбель предсказал, что разница в температурах между произвольными частицами, которые движутся в разных направлениях, может породить слабое магнитное поле, сегодня известное как нестабильность Вайбеля.
Лоренцо Сирони, астрофизик-теоретик из Колумбийского университета, и его коллеги, наконец, связали механизмы формирования премагнитных полей и их роста. Исследователи провели симуляцию плазмы, состоящей из более 100 миллиардов частиц, которая развивалась на суперкомпьютере НАСА в течение 50 миллионов процессорных часов. Результаты показали, как «магнитные семена» могут эффективно прорастать в масштабное магнитное поле с половиной энергии первоначальной турбулентности.
Хотя данная модель демонстрирует впечатляющие результаты, она все же имеет несколько ограничений. Для упрощения взаимодействия частиц, симуляция команды Сирони использовала электроны и позитроны вместо электронов и протонов, составляющих плазму в космических пустотах. Воспроизведение этих результатов в более реалистичных условиях плазмы все еще остается под вопросом. Требуются дополнительные исследования для количественной оценки реальных свойств турбулентности в космических пустотах.
Для Сирони моделирование магнитогенеза предлагает не только объяснение странных астрофизических наблюдений, но и более глубокое понимание проблемы. Космические пустоты представляют собой наиболее малоизученные области Вселенной и, таким образом, они открывают нам окно в прошлое. Если турбулентная плазма могла генерировать масштабные магнитные поля в ранней пустой Вселенной, то эти силы, дополняя гравитацию, могли оказывать влияние на эволюцию звезд и галактик.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Кто виноват: американские астронавты рассказали правду о 9-месячном «плене» на орбите
Похоже, что американская космическая мечта в глубоком тупике…...

Тайна болезней на космической станции наконец-то раскрыта!
Ученые говорят: во всем виновата… идеальная уборка на МКС....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

На дне Большой голубой дыры обнаружено нечто поистине пугающее
Слои из прошлого пророчат эпоху суперштормов....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Тайна разлома Сагаинг: почему землетрясение в Мьянме повторило ошибки Гаити и Кашмира?
Сейсмологи предупреждают, что худшее еще может быть впереди....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Отключение этой функции в смартфоне может омолодить мозг… на 10 лет!
Канадские ученые успешно провели удивительный эксперимент....

Климатологи поражены: древние потопы были гораздо мощнее современных
А изменения климата вообще ни при чем. Но тогда в чем причины?...

Зад-ловушка: причудливое существо из янтаря было за гранью воображения
Задняя часть тела работала… как растение....

Почему ведущие западные ученые требуют раз и навсегда отказаться от перехода на летнее время?
Эксперты говорят: перевод часов может угрожать существованию цивилизации....