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
Очередной миф Николая Карамзина полностью развеян российскими археологами
Оказалось, что Иван Грозный не убивал супругу своего младшего брата. Напротив, с княгиней Ульянией Углицкой случалась куда более таинственная и запутанная...
Самая запрещенная русская сказка: почему «Курочку Рябу» не любили ни цари, ни руководители СССР?
Чтобы эту историю можно было рассказывать советским детям, ее сюжет пришлось изменить самым радикальным образом. Но, может быть, это и к лучшему...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Древнеримский артефакт переписывает историю Америки: Колумб был не первым?
Почему находка из индейской могилы почти 100 лет вызывает ожесточенные споры среди археологов и историков?...