在深空中不断增长的磁场

在深空中不断增长的磁场

与许多人认为的相反，外层空间不是空的。除了被称为等离子体的带电离子和电子汤外，空间还被具有广泛强度的磁场所渗透。天体物理学家一直想知道这些场是如何产生、维持和放大的。现在，美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家们已经证明，等离子体湍流可能是造成这一现象的原因，为等离子体天体物理学中最重要的未解决问题之一提供了可能的答案。

普林斯顿大学的研究人员使用强大的计算机计算科学与工程研究所(PICSciE)和国家能源研究科学计算中心(·)美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的模拟湍流可以如何加强磁场通过被称为发电机效应,成为更强大的磁场的磁力线迂回曲折。“这项工作是一个重要的一步回答第一次动荡是否能增强磁场的问题在热动力学优势,稀释等离子体,如星系团内居住,”马修·昆兹说,普林斯顿大学天体物理学教授,该论文的作者之一,这是发表在《天体物理学杂志通讯》上。

过去的研究集中在发电机上，因为它们可能发生在所谓的碰撞等离子体中，在这种碰撞等离子体中，粒子集体表现为流体。但是星系间等离子体是无碰撞的，所以过去的实验并不必然相关。这项新研究旨在解决这一差距。“我们想看看在无碰撞的情况下发电机会如何工作，”丹尼斯·圣-昂格说，他是PPPL普林斯顿等离子物理项目的研究生，也是这篇论文的第一作者。

St-Onge和Kunz关注的是无碰撞等离子体中单个粒子的速度和磁场是如何直接联系在一起的。这种联系——如果一个量增加或减少，另一个量也必须增加——似乎排除了发电机的存在。“如果这就是整个故事，那对发电机来说将是灾难性的，”圣-昂热说。“与我们观察到的空间,发电机将不得不增加种子磁场的强度至少一万亿倍,但粒子的能量也会增加,还有没有足够的可用能源发电机发生。”

为了产生在太空中观察到的磁场强度，必须切断将粒子能量与磁性结合的纽带。这正是St-Onge昆茨和观察到的计算机模拟:这类型的等离子体湍流称为镜像和消防带不稳定导致等离子体粒子散射,和散射粒子能量之间的联系和磁性,使磁场的振幅接近自然界中观察到。

St-Onge指出，未来的研究将集中于为什么会发生这种湍流散射。“此外，我们还想研究粒子散射的细节，”St-Onge说。“不稳定性是如何导致粒子散射的?散射发生的频率是多少?散射能导致磁场突然、剧烈地增长吗?”最后一个想法是PPPL主管Steven Cowley几年前提出的。我们想调查这是否属实。