Wszechświat jest uważany za niezwykle magnetyczne miejsce, w którym wiele planet i gwiazd ma swoje własne pola magnetyczne. Astrofizycy od dawna badają te niesamowite zjawiska, tworząc teorie, które mogą wyjaśnić sam mechanizm tworzenia.
Z pomocą jednego z najpotężniejszych systemów laserowych na świecie naukowcy z University of Chicago potwierdzili eksperymentalnie jedną z najpopularniejszych teorii na rzecz tworzenia kosmicznego pola magnetycznego - turbulentnego dynamo. Po uformowaniu gorącego, burzliwego osocza wielkości jednego grosza i trwającego kilka miliardów ułamków sekundy, naukowcy ustalili, w jaki sposób ruchy turbulentne wzmacniają słabe pole magnetyczne do sił obserwowanych w naszym Słońcu iw odległych galaktykach.
Do analizy wykorzystaliśmy kod symulacji FLASH, a sam eksperyment został przeprowadzony w OMEGA Laser Facility (Rochester, Nowy Jork), gdzie odtworzono burzliwe warunki dynamo. Eksperyment pokazał, że turbulentna plazma może dramatycznie zwiększyć słabe pole magnetyczne do wielkości obserwowanej w gwiazdach i galaktykach.
Teraz naukowcy wiedzą, że istnieje turbulentne dynamo i jest to jeden z mechanizmów wyjaśniających namagnesowanie Wszechświata. Dynamo mechaniczne wytwarza prąd elektryczny poprzez obrót cewek w polu magnetycznym. W astrofizyce teoria dynamo wskazuje na coś przeciwnego: ruch płynu przewodzącego prąd elektryczny tworzy i utrzymuje pole magnetyczne. Na początku XX wieku Joseph Larm zasugerował, że taki mechanizm mógłby wyjaśnić magnetyzm ziemski i słoneczny, otwierając dyskusję wielu naukowcom. Modelowanie numeryczne wskazało na możliwość turbulentnej plazmy do generowania pól magnetycznych w skali gwiezdnej, ale tworzenie turbulentnego dynamo w laboratorium jest znacznie trudniejsze. Aby potwierdzić teorię, musisz doprowadzić plazmę do ekstremalnie wysokich temperatur. Jednocześnie musi istnieć niespójność, aby wygenerować wystarczający poziom turbulencji.
Aby przeprowadzić eksperyment, naukowcy wykorzystali kilkaset symulacji 3D z FLASH na superkomputerze Mira. Ostateczna konfiguracja obejmowała wybuchowe części folii z laserami o dużej mocy przesuwającymi dwa strumienie plazmy przez siatki, tworząc w ten sposób turbulentny ruch płynu.
Zespół wykorzystał również modele FLASH do opracowania dwóch niezależnych metod pomiaru pola magnetycznego wytwarzanego przez plazmę: radiografii protonowej i światła spolaryzowanego. Oba pomiary śledziły wzrost nanosekundowego pola magnetycznego od słabego stanu początkowego do wzrostu o ponad 100 kilogramów (milion razy silniejszy niż pole magnetyczne Ziemi).
Ta praca pozwala eksperymentalnie przetestować pomysły dotyczące pochodzenia pól magnetycznych w przestrzeni. Teraz naukowcy mogą badać głębsze pytania: jak szybko rośnie pole magnetyczne, jak silny jest region i jak zmienia się turbulencja?
