Ученые установили, что за усиление магнитных полей отвечает турбулентность

Астрофизики определили, что космическая турбулентность может усиливать магнитные поля до показателей, наблюдаемых в межзвездном пространстве. По словам сотрудника Чикагского Университета Дон Лэмб (Don Lamb), магнитные поля можно найти во всех уголках Вселенной, при том, что, по мнению ученых, изначально, то есть после Большого Взрыва, их не существовало. Следовательно, вопрос «как именно возникли магнитные поля?» можно считать фундаментальным.

Для ответа на этот вопрос ученые лаборатории Argonne National Laboratory воспользовались компьютерным моделированием. О результатах проведенных исследований они сообщили в статье, опубликованной 1 июня 2014 года в журнале Nature Physics.

Статья представляет собой описание эксперимента, который проводился с помощью лазерной установки Vulcan laser facility, которая позволяет воссоздавать рождение сверхновой звезды с лучами, в 60000 миллиардов раз более сильными, чем лучи лазерного указателя. На исследование учёных вдохновило обнаружение магнитных полей в останках сверхновой - Кассиопее A (Cassiopeia A). Магнитные поля там примерно в 100 раз сильнее, чем в соседнем межзвездном пространстве.

Диапазон магнитных полей варьируется от квадриллионов гауссов (G или Гс) в космических «пустотах» Вселенной, до нескольких микрогауссов в галактиках и галактических кластерах. Звезды, подобные Солнцу, характеризуются магнитным полями в тысячи гауссов. Компактные нейтронные звезды, которые представляют собой сгоревшие ядра мертвых звезд, характеризуются крупнейшими магнитными полями, превышающими квадриллионы Гс.

В 2012 году ученым удалось успешно создать маленькие магнитные поля, - так называемые «семена поля», в лабораторных условиях, посредством эффекта, получившего название «механизм батареи Бирмена». Однако оставался вопрос: как эти «семена поля» могли достичь столь громадных размеров в межзвездном пространстве? Взяв за основу ранее полученные результаты, ученые продемонстрировали, как магнитное поле может увеличиваться за счет турбулентности.

Во время эксперимента учёные направили лазерные лучи на маленький углеродный стержень, помещённый в камеру, заполненную газом с низкой плотностью. Лазеры, создавая температуру в несколько миллионов градусов, спровоцировали взрыв стержня, который распространился по всему газу.

Этот эксперимент наглядно показал, что реактивная струя взрыва проходит через сетку и становится нерегулярной и турбулентной, как и образы из Кассиопеи А.

Экспериментаторам было известно о всех физических переменных в данной точке — температуре, плотности и скорости. Именно этими данными воспользовались ученые, составляя компьютерную модель. Моделирование, общей продолжительностью 20 миллионов часов, проводилось на суперкомпьютерах Mira и Intrepid, расположенных в Argonne National Laboratory.