Magnetische herverbinding, een proces waarbij magnetische veldlijnen scheuren en weer bij elkaar komen, het vrijgeven van grote hoeveelheden kinetische energie, komt voor in het hele universum. Het proces geeft aanleiding tot aurora's, zonnevlammen en geomagnetische stormen die de mobiele telefoonservice en elektriciteitsnetten op aarde kunnen verstoren. Een grote uitdaging in de studie van magnetische herverbinding, echter, overbrugt de kloof tussen deze grootschalige astrofysische scenario's en kleinschalige experimenten die in een laboratorium kunnen worden gedaan.

Onderzoekers hebben deze barrière nu overwonnen door een combinatie van slimme experimenten en geavanceerde simulaties. Daarbij, ze hebben een voorheen onbekende rol ontdekt voor een universeel proces genaamd het "Biermann-batterij-effect, " die op onverwachte manieren magnetische herverbinding blijkt te beïnvloeden.

Het Biermann-batterij-effect, een mogelijk zaad voor de magnetische velden die ons universum doordringen, genereert een elektrische stroom die deze velden produceert. De verrassende bevindingen, gemaakt door middel van computersimulaties, laten zien dat het effect een belangrijke rol kan spelen bij de herverbinding die optreedt wanneer de magnetosfeer van de aarde interageert met astrofysische plasma's. Het effect genereert eerst magnetische veldlijnen, maar draait dan de rollen om en knipt ze als een schaar die een elastiekje doorsnijdt. De gesegmenteerde velden maken vervolgens opnieuw verbinding, weg van het oorspronkelijke herverbindingspunt.

De simulaties modelleerden de resultaten van experimenten in China die plasma's met hoge energiedichtheid bestudeerden - materie onder extreme druk. De experimenten gebruikten lasers om een ​​paar plasmabellen van een massief metalen doelwit te schieten. Simulaties van het driedimensionale plasma (Figuur 1) volgden de uitzetting van de bellen en de magnetische velden die het Biermann-effect creëerde, het volgen van de botsing van de velden om magnetische herverbinding te produceren. Onderzoekers voerden deze simulaties uit op de Titan-supercomputer van de Oak Ridge Leadership Computing Facility van het Amerikaanse Department of Energy in het Oak Ridge National Laboratory.

De resultaten "bieden een nieuw platform voor het repliceren van de herverbinding die is waargenomen in astrofysische plasma's in het laboratorium, " zei Jackson Matteucci, een afgestudeerde student in het Plasma Physics-programma aan het Princeton Plasma Physics Laboratory die het onderzoek leidde.

Door de traditionele kloof tussen laboratoriumexperimenten en astrofysische processen te overbruggen, deze resultaten openen een nieuw hoofdstuk in pogingen om het universum te begrijpen.