Wetenschappers hebben lang het werk bestudeerd van Subrahmanyan Chandrasekhar, de in India geboren Amerikaanse astrofysicus die in 1983 de Nobelprijs won, maar weinigen weten dat zijn onderzoek naar stellaire en planetaire dynamiek veel dank verschuldigd is aan een bijna vergeten vrouw:Donna DeEtte Elbert .

Van 1948 tot 1979 werkte Elbert als een "computer" voor Chandrasekhar, waarbij hij onvermoeibaar wiskundige vergelijkingen met de hand bedacht en oploste. Hoewel ze het auteurschap deelde met de Nobelprijswinnaar op 18 papers en Chandrasekhar enthousiast haar baanbrekende bijdragen erkende, werd haar grootste prestatie niet erkend totdat een postdoctoraal wetenschapper aan de UCLA draden in het werk van Chandrasekhar verbond die allemaal teruggingen naar Elbert.

Elberts prestatie? Voor iemand anders voorspelde ze de omstandigheden waarvan wordt beweerd dat ze optimaal zijn voor een planeet of ster om zijn eigen magnetisch veld te genereren, zei de geleerde, Susanne Horn, die een half decennium heeft besteed aan het bouwen aan Elberts werk.

Nu hebben Horn en UCLA-hoogleraar aard-, planetaire en ruimtewetenschappen Jonathan Aurnou een paper gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society A waarin ze het nieuw genoemde "Elbert-bereik" presenteren, waarin hun voorspellingen worden beschreven over het bereik van combinaties die rotatie, convectie en magnetisme kunnen aannemen om het beste een planeetbreed magnetisch veld te genereren.

Het werk, zo zeggen de auteurs, zal onderzoekers in verschillende disciplines helpen om de omstandigheden in het binnenste van de aarde en binnen andere planeten beter te begrijpen en om planeten buiten ons zonnestelsel te identificeren met het potentieel om leven te herbergen.

"Elbert had geen formeel diploma wiskunde, maar wat ze deed, konden de meeste mensen tegenwoordig niet doen. Het is echt moeilijke wiskunde die gewoonlijk wordt gedaan met moderne elektronische computers", zegt Horn, nu universitair hoofddocent bij het Research Center for Fluid and Complex Systems bij Coventry University in het Verenigd Koninkrijk. "Chandrasekhar zegt in voetnoten dat de subtiele en elegante manieren om bepaalde problemen op te lossen eigenlijk door Elbert naar voren zijn gebracht. Ze heeft zijn verhandeling over geofysische en astrofysische vloeistofdynamica helemaal doorgenomen, maar is geen auteur. Tegenwoordig zou ze in haar eentje als een wiskundige worden beschouwd klopt, maar in de jaren '50 en '60 was het moeilijk voor een vrouw om meer krediet te krijgen dan een voetnoot."

En omdat Elberts ontdekking met betrekking tot het genereren van planetaire magnetische velden ingebed bleef in het werk van haar werkgever, werd de bevinding over het algemeen toegeschreven aan Chandrasekhar, die de Nobelprijs voor natuurkunde deelde voor ontdekkingen met betrekking tot stellaire evolutie en massieve sterren.

Horn zei dat ze hoopt dat het werk dat zij en Aurnou hebben ondernomen om de oorspronkelijke voorspellingen van Elbert te verfijnen en uit te breiden, een passend, zij het laat, eerbetoon is aan Elbert, die in 2019 op 90-jarige leeftijd stierf.

De Elbert-reeks:hoe planeten en sterren magnetische velden creëren

Planeten wekken hun eigen magnetische velden op door de interne circulatie van verwarmde, elektrisch geleidende vloeistoffen zoals vloeibare metalen of zeer zoute oceanen. Terwijl een planeet om zijn as draait, wordt de beweging van deze vloeistoffen georganiseerd, waardoor er onderweg planetaire magnetische velden worden gegenereerd. Wetenschappers denken dat planeten met magnetische velden meer kans hebben om het leven in stand te houden omdat het magnetische veld fungeert als een soort cocon die de planeet afschermt van de omringende, vaak onvriendelijke ruimteomgeving, zei Aurnou.

"De sleutel is dat je al deze vloeiende bewegingen hebt. De kern van de aarde bestaat voornamelijk uit vloeibaar ijzer. Terwijl de planeet langzaam afkoelt naar de ruimte, zinkt het koelere bovenste deel van de vloeibare kern en stijgt het hetere ijzer op diepte," legde hij uit.

De beweging die door dit dalen en stijgen wordt veroorzaakt, wordt convectie genoemd. Convectiebewegingen in elektrisch geleidende materialen, zoals het vloeibare ijzer in de kern van de aarde, kunnen elektrische stromen creëren die vervolgens het wereldwijde magnetische veld van een planeet kunnen genereren.

"Het is niet duidelijk of convectieve turbulentie alleen een magnetisch veld op planetaire schaal zal genereren," merkte Aurnou op, "maar we weten dat planetaire rotatie de turbulentie organiseert in bewegingspatronen die dat wel kunnen." Met andere woorden, zei hij, rotatiekrachten die Coriolis-krachten worden genoemd, verplaatsen vloeistoffen op voorspelbare manieren terwijl de planeet draait. "Elbert was de eerste die erop wees dat wanneer deze rotatiekrachten qua sterkte vergelijkbaar zijn met magnetische krachten, convectie zich zal gaan organiseren op de schaal van de planeet zelf. Het is zo'n eenvoudig, verstandig systeem."

Elbert ontdekte dit principe zelf terwijl Chandrasekhar op een zomerlezingtour was en presenteerde het hem bij zijn terugkeer. Hij verwerkte Elberts bevinding in zijn eigen werk en vermeldde haar in een voetnoot zonder verder in te gaan op de betekenis ervan.

Maar Horn sprong van Elberts werk af.

"Wat we deden, is zoeken naar hoe de patronen van convectie in vloeibare metalen en hun evolutie variëren wanneer ze worden onderworpen aan zowel rotatie als magnetische velden," zei Horn. "We ontdekten dat er verschillende regimes van convectiegedrag zijn, en we hebben in kaart gebracht waar deze exacte regimes zijn. Dit werk maakt een hele reeks nieuwe voorspellingen die we zullen gebruiken om toekomstige laboratorium- en numerieke modellen van planetaire en stellaire magnetische veldgeneratie te bouwen. "

De open-access paper, "The Elbert range of magnetostrophic convection. I. Linear theory", is de eerste in een reeks van drie artikelen die Horn en Aurnou van plan zijn te publiceren die voortbouwen op Elberts werk. + Verder verkennen

Sterke planetaire magnetische velden zoals die van de aarde kunnen oceanen beschermen tegen sterrenstormen