Meer dan 99% van het zichtbare universum bevindt zich in een oververhitte toestand die bekend staat als plasma - een geïoniseerd gas van elektronen en ionen. De beweging van deze geladen deeltjes produceert magnetische velden die een interstellair magnetisch web vormen. Deze magnetische velden zijn belangrijk voor een breed scala aan processen, van de vorming van sterrenstelsels en de vorming van sterren tot het beheersen van de beweging en versnelling van hoogenergetische deeltjes zoals kosmische straling - protonen en elektronen die met bijna de lichtsnelheid door het universum zoemen.

In eerder onderzoek is wetenschappers ontdekten dat in gebieden waar hoogenergetische elektronen worden geproduceerd, magnetische velden worden versterkt. Maar tot nu toe, de manier waarop energetische deeltjes magnetische velden beïnvloeden was niet goed begrepen. In een paper gepubliceerd op de omslag van Fysieke beoordelingsbrieven in mei, onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy laten zien hoe elektronen magnetische velden kunnen versterken tot veel hogere intensiteiten dan eerder bekend was.

De beweging van elektronen voert een elektrische stroom, die magnetische velden produceert. Gebruikelijk, ladingen van achtergrondplasma interfereren met deze stroom door te bewegen op een manier om het te annuleren, waardoor sterke magnetische velden moeilijk te produceren zijn. Met behulp van numerieke simulaties en theoretische modellen, de onderzoekers ontdekten dat hoogenergetische elektronen het achtergrondplasma daadwerkelijk kunnen verdrijven om een ​​gat te creëren, waardoor het moeilijker wordt voor het plasma om hun stroom te annuleren.

"Als de stroom wordt blootgesteld, er ontstaan ​​sterke magnetische velden die het achtergrondplasma verder wegduwen, grotere gaten maken, waardoor meer van de stroom wordt blootgesteld, en nog sterkere magnetische velden produceren, " zegt Ryan Peterson, een doctoraat student aan Stanford University en SLAC die de eerste auteur van de publicatie is. "Eventueel, deze magnetische velden worden zo sterk dat ze de elektronen buigen en vertragen."

Dit proces zou mogelijk een rol kunnen spelen bij de helderste en meest energetische elektromagnetische gebeurtenissen in het universum:extreme explosies die bekend staan ​​als gammastraaluitbarstingen. Waarnemingen suggereren dat magnetische velden aanzienlijk moeten worden versterkt door energetische deeltjes om de waargenomen straling te produceren, maar, tot nu, de manier waarop het veld wordt geïntensiveerd, is een mysterie geweest.

"Elke keer dat een nieuw fundamenteel proces wordt geïdentificeerd, het kan belangrijke gevolgen en toepassingen hebben in verschillende onderzoeksgebieden, " zegt Frederico Fiuza, een wetenschapper die aan dit onderzoek heeft gewerkt en de wetenschapstheoriegroep met hoge energiedichtheid bij SLAC leidt. "In dit geval, het is bekend dat de versterking van het magnetisch veld door hoogenergetische elektronen niet alleen belangrijk is voor extreme astrofysische omgevingen, zoals de gammaflitsen, maar ook voor laboratoriumtoepassingen op basis van elektronenstralen."

De onderzoekers werken momenteel aan nieuwe simulaties om de rol die dit proces kan spelen bij gammaflitsen beter te begrijpen. Ze hopen ook manieren te vinden om het te reproduceren in een laboratoriumexperiment, wat een belangrijke stap zou zijn in de ontwikkeling van compacte hoogenergetische stralingsbronnen. Die bronnen zouden wetenschappers in staat stellen foto's te maken van materie op atomaire schaal met een extreem hoge resolutie voor toepassingen in de geneeskunde, biologie en materiaalonderzoek.