Используя одно из самых сильных лазерных средств в мире, команда во главе с учеными Чикагского университета экспериментально подтвердила одну из самых популярных теорий для космического поколения магнитного поля: бурное динамо. Создавая горячую бурную плазму размер пенса, который длится несколько миллиардных частей секунды, исследователи, сделал запись, как бурные движения могут усилить слабое магнитное поле к преимуществам соблюденных на нашем солнце, отдаленных звездах и галактиках.
Работа, опубликованная на этой неделе по своей природе Коммуникации, является первой лабораторной демонстрацией теории, объясняя магнитное поле многочисленных космических тел, обсужденных физиками в течение почти века. Используя кодекс моделирования физики ВСПЫШКИ, разработанный Центром Вспышки Вычислительной Науки в UChicago, исследователи проектировали эксперимент, проводимый на Сооружении Лазера ОМЕГИ в Рочестере, Нью-Йорк, чтобы воссоздать бурные условия динамо.Подтверждая десятилетия числовых моделирований, эксперимент показал, что бурная плазма могла существенно повысить слабое магнитное поле до величины, наблюдаемой астрономами в звездах и галактиках.
«Мы теперь знаем наверняка, что бурное динамо существует, и что это – один из механизмов, которые могут на самом деле объяснить намагничивание вселенной», сказал Петрос Цеферэкос, преподаватель научного сотрудника астрономии и астрофизики и заместителя директора Центра Вспышки. «Это – что-то, что мы надеялись, что знали, но теперь мы делаем».Механическое динамо производит электрический ток, вращая катушки через магнитное поле. В астрофизике теория динамо предлагает перемену: движение электрически проводящей жидкости создает и поддерживает магнитное поле. В начале 20-го века, физик Джозеф Лармор предложил, чтобы такой механизм мог объяснить магнетизм Земли и Солнца, вдохновляющие десятилетия научных дебатов и запроса.
В то время как числовые моделирования продемонстрировали, что бурная плазма может произвести магнитные поля в масштабе соблюденных в звездах, планетах, и галактики, создавая бурное динамо в лаборатории были намного более трудными. Подтверждение теории требует, чтобы плазма производства при чрезвычайно высокой температуре и изменчивости произвела достаточную турбулентность, чтобы свернуть, протянуть и усилить магнитное поле.
Чтобы проектировать эксперимент, который создает те условия, Tzeferacos и коллеги в UChicago и Оксфордском университете управляли сотнями из два – и трехмерные моделирования со ВСПЫШКОЙ на суперкомпьютере Миры в Национальной лаборатории Аргонна. Заключительная установка включила уничтожение двух кусков размера пенса фольги с мощными лазерами, продвинув два самолета плазмы через сетки и в столкновение друг с другом, создав бурное жидкое движение.
«Люди мечтали о выполнении этого эксперимента с лазерами в течение долгого времени, но это действительно взяло изобретательность этой команды, чтобы заставить это произойти», сказал Дональд Лэмб, Почетный профессор Отличной службы Роберта А. Милликена в Астрономии & Астрофизике и директоре Центра Вспышки. «Это – огромный прорыв».Команда также использовала моделирования ВСПЫШКИ, чтобы разработать два независимых метода для измерения магнитного поля, произведенного плазмой: протонный рентген, предмет недавней статьи от группы ВСПЫШКИ и поляризованный свет, на основе того, как астрономы измеряют магнитные поля отдаленных объектов. Оба измерения отследили рост в простые наносекунды магнитного поля от его слабого начального состояния до более чем 100 kiloGauss – более сильный, чем сканер МРТ с высоким разрешением и миллион раз, более сильный, чем магнитное поле Земли.«Эта работа открывает возможность проверить экспериментально идеи и понятия о происхождении магнитных полей во вселенной, которые были предложены и изучены теоретически по лучшей части века», сказал Фаусто Каттанео, профессор Astronomy и Астрофизики в Чикагском университете и соавторе бумаги.
Теперь, когда бурное динамо может быть создано в лаборатории, ученые могут исследовать более глубокие вопросы о ее функции: как быстро магнитное поле увеличивается в силе? Как сильный область может добраться? Как магнитное поле изменяет турбулентность, которая усилила его?
«Это – одна вещь хорошо разработать теории, но это – другая вещь действительно продемонстрировать его в урегулировании лаборатории, которым управляют, где Вы можете сделать все эти виды из измерений о том, что продолжается», сказал Лэмб. «Теперь, когда мы можем сделать это, мы можем ткнуть его и исследовать его».