In tegenstelling tot wat veel mensen denken, de ruimte is niet leeg. Naast een elektrisch geladen soep van ionen en elektronen, bekend als plasma, de ruimte is doordrongen van magnetische velden met een breed scala aan sterktes. Astrofysici hebben zich lang afgevraagd hoe die velden worden geproduceerd, gestaag, en vergroot. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben aangetoond dat plasmaturbulentie verantwoordelijk kan zijn, een mogelijk antwoord bieden op wat wel een van de belangrijkste onopgeloste problemen in de plasmaastrofysica wordt genoemd.

De onderzoekers gebruikten krachtige computers van het Princeton Institute for Computational Science and Engineering (PICSciE) en het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) in het Lawrence Berkeley National Laboratory van de DOE om te simuleren hoe de turbulentie magnetische velden zou kunnen versterken door wat bekend staat als de dynamo-effect, waarin de magnetische velden sterker worden naarmate de magnetische veldlijnen draaien en draaien. "Dit werk vormt een belangrijke stap in de richting van het voor het eerst beantwoorden van de vraag of turbulentie magnetische velden kan versterken tot dynamische sterkten in een hete, verdund plasma, zoals die in clusters van sterrenstelsels, " zei Matthew Kunz, een professor in de astrofysica aan de Princeton University en een auteur van het artikel, die werd gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven .

Onderzoek in het verleden heeft zich gericht op dynamo's zoals ze kunnen voorkomen in zogenaamde botsingsplasma's, waarin deeltjes zich collectief gedragen als een vloeistof. Maar intergalactische plasma's zijn botsingsloos, dus eerdere experimenten zijn niet per se relevant. Dit nieuwe onderzoek is bedoeld om die kloof te dichten. "We wilden zien hoe de dynamo zich zou gedragen in het botsingsloze regime, " zei Denis St-Onge, afgestudeerde student in het Princeton-programma in plasmafysica bij PPPL en hoofdauteur van het artikel.

St-Onge en Kunz richtten zich op de manieren waarop de snelheden en magnetische velden van individuele deeltjes in botsingsloos plasma direct met elkaar verbonden zijn. Deze koppeling - als een hoeveelheid toeneemt of afneemt, de ander moet, ook - lijkt het bestaan ​​van een dynamo uit te sluiten. "Als dit het hele verhaal was, het zou funest zijn voor de dynamo, " zei St-Onge. "Om te matchen met wat we in de ruimte waarnemen, de dynamo zou de sterkte van het magnetische zaadveld met minstens een factor een biljoen moeten vergroten, maar de energie van de deeltjes zou ook moeten toenemen, en er is gewoon niet genoeg beschikbare energie in de dynamo om dat te laten gebeuren."

Om de sterkte van magnetische velden te produceren die in de ruimte worden waargenomen, de band die deeltjesenergie aan magnetisme bindt, moet worden verbroken. Dit is precies wat St-Onge en Kunz in de computersimulaties hebben waargenomen:dat soorten plasmaturbulentie, bekend als spiegel- en brandslanginstabiliteiten, de plasmadeeltjes deden verstrooien, en verstrooiing verbrak het verband tussen deeltjesenergie en magnetisme en zorgde ervoor dat de amplituden van de magnetische velden dichter bij wat in de natuur wordt waargenomen, kwamen.

Toekomstig onderzoek, St-Onge notities, zal zich concentreren op waarom deze turbulente verstrooiing optreedt. "In aanvulling, we willen de specifieke kenmerken van deeltjesverstrooiing onderzoeken, " zei St-Onge. "Hoe zorgen de instabiliteiten er precies voor dat de deeltjes zich verspreiden, hoe vaak komt de verstrooiing voor, en kan de verstrooiing leiden tot plotselinge, dramatische groei van een magnetisch veld? Het laatste idee is een idee dat jaren geleden door PPPL-directeur Steven Cowley werd voorgesteld. We willen graag onderzoeken of dit waar is."