Introduction
Lors de crises passagères, le soleil projette occasionnellement une quantité colossale d'énergie dans l'espace. Appelées éruptions solaires, ces éruptions ne durent que quelques minutes et peuvent déclencher des pannes de courant catastrophiques et des aurores éblouissantes sur Terre. Mais nos principales théories mathématiques sur le fonctionnement de ces éruptions ne parviennent pas à prédire la force et la vitesse de ce que nous observons.
Au cœur de ces explosions se trouve un mécanisme qui convertit l'énergie magnétique en puissantes explosions de lumière et de particules. Cette transformation est catalysée par un processus appelé reconnexion magnétique, dans lequel des champs magnétiques en collision se brisent et se réalignent instantanément, projetant des matériaux dans le cosmos. En plus d'alimenter les éruptions solaires, la reconnexion peut alimenter le rapide, particules à haute énergie éjecté par des étoiles qui explosent, la lueur de jets de trous noirs festinsainsi que, vent constant soufflé par le soleil.
Malgré l'omniprésence du phénomène, les scientifiques ont du mal à comprendre comment il fonctionne si efficacement. UN théorie récente propose que lorsqu'il s'agit de résoudre les mystères de la reconnexion magnétique, la petite physique joue un grand rôle. En particulier, cela explique pourquoi certains événements de reconnexion sont si rapides - et pourquoi les plus forts semblent se produire à une vitesse caractéristique. Comprendre les détails microphysiques de la reconnexion pourrait aider les chercheurs à construire de meilleurs modèles de ces éruptions énergétiques et à donner un sens aux crises de colère cosmiques.
"Jusqu'à présent, c'est la meilleure théorie que je puisse voir", a déclaré Hantao Ji, un physicien des plasmas de l'Université de Princeton qui n'a pas participé à l'étude. "C'est une grande réussite."
Tâtonner avec des fluides
Presque toute la matière connue dans l'univers existe sous forme de plasma, une soupe de gaz ardente où les températures infernales ont réduit les atomes en particules chargées. Au fur et à mesure qu'elles se déplacent, ces particules génèrent des champs magnétiques, qui guident ensuite les mouvements des particules. Cette interaction chaotique crée un désordre brouillé de lignes de champ magnétique qui, comme des élastiques, stockent de plus en plus d'énergie à mesure qu'elles sont étirées et tordues.
Dans les années 1950, les scientifiques ont proposé une explication de la façon dont les plasmas éjectent leur énergie refoulée, un processus appelé reconnexion magnétique. Lorsque des lignes de champ magnétique pointant dans des directions opposées entrent en collision, elles peuvent se casser et s'interconnecter, lançant des particules comme une fronde à double face.
Mais cette idée était plus proche d'une peinture abstraite que d'un modèle mathématique complet. Les scientifiques voulaient comprendre les détails du fonctionnement du processus - les événements qui influencent le claquement, la raison pour laquelle tant d'énergie est libérée. Mais l'interaction désordonnée des gaz chauds, des particules chargées et des champs magnétiques est difficile à apprivoiser mathématiquement.
Le premier quantitatif théorie, décrit en 1957 par les astrophysiciens Peter Sweet et Eugene Parker, traite les plasmas comme des fluides magnétisés. Cela suggère que les collisions de particules chargées de manière opposée dessinent des lignes de champ magnétique et déclenchent une chaîne incontrôlable d'événements de reconnexion. Leur théorie prédit également que ce processus se produit à un rythme particulier. Les taux de reconnexion observés dans des plasmas forgés en laboratoire relativement faibles correspondent à leur prédiction, tout comme les taux de jets plus petits dans les couches inférieures de l'atmosphère solaire.
Mais les éruptions solaires libèrent de l'énergie beaucoup plus rapidement que la théorie de Sweet et Parker ne peut en tenir compte. Selon leurs calculs, ces fusées éclairantes devraient se déployer sur des mois plutôt que sur des minutes.
Plus récemment, des observations de la NASA satellites magnétosphériques identifié cette reconnexion plus rapide se produisant encore plus près de chez nous, dans le champ magnétique de la Terre. Ces observations, ainsi que des preuves issues de décennies de simulations informatiques, confirment ce taux de reconnexion "rapide": dans les plasmas plus énergétiques, la reconnexion se produit à environ 10% de la vitesse à laquelle les champs magnétiques se propagent - des ordres de grandeur plus rapides que ne le prédit la théorie de Sweet et Parker. .
Le taux de reconnexion de 10 % est observé si universellement que de nombreux scientifiques le considèrent comme "le nombre donné par Dieu", a déclaré Alisa Galishnikova, chercheur à Princeton. Mais invoquer le divin ne fait pas grand-chose pour expliquer ce qui rend la reconnexion si rapide.
Le nombre de Dieu
Dans les années 1990, les physiciens ont renoncé à traiter les plasmas comme des fluides, ce qui s'était avéré trop simpliste. Zoomée, une soupe magnétisée est en réalité composée de particules individuelles. Et la façon dont ces particules interagissent les unes avec les autres fait une différence cruciale.
"Lorsque vous arrivez aux micro-échelles, la description du fluide commence à se décomposer", a déclaré Amitava Bhattacharjee, physicien des plasmas à Princeton. "L'image [microphysique] contient des choses que l'image fluide ne peut jamais capturer."
Au cours des deux dernières décennies, les physiciens ont soupçonné qu'un phénomène électromagnétique connu sous le nom d'effet Hall pourrait détenir le secret d'une reconnexion rapide : les électrons chargés négativement et les ions chargés positivement ont des masses différentes, ils se déplacent donc le long des lignes de champ magnétique à des vitesses différentes. Ce différentiel de vitesse génère une tension entre les charges séparées.
En 2001, Bhattacharjee et ses collègues montré que seuls les modèles incluant l'effet Hall ont donné des taux de reconnexion suffisamment rapides. Mais précisément comment cette tension produisait les 10% magiques restait un mystère. "Cela ne nous a pas montré le 'comment' et le 'pourquoi'", a déclaré Yi-Hsin Liu, physicien des plasmas au Dartmouth College.
Introduction
Maintenant, dans deux articles théoriques récemment publiés, Liu et ses collègues ont tenté de remplir les détails.
Le premier papier, Publié dans Physique des communications, décrit comment la tension induit un champ magnétique qui éloigne les électrons du centre des deux régions magnétiques en collision. Cette diversion produit un vide qui aspire de nouvelles lignes de champ et les pince au centre, permettant à la fronde magnétique de se former plus rapidement.
"Cette photo a été manquée … [mais] elle nous regardait en face", a déclaré Jim Drake, physicien des plasmas à l'Université du Maryland. "C'est le premier argument convaincant que j'ai jamais vu."
Dans le deuxième papier, Publié dans Physical Review Letters, Liu et son assistant de recherche de premier cycle Matthew Goodbred décrivent comment le même effet de vide émerge dans des plasmas extrêmes contenant différents ingrédients. Autour des trous noirs, par exemple, on pense que les plasmas sont constitués d'électrons et de positrons tout aussi massifs, de sorte que l'effet Hall ne s'applique plus. Pourtant, "magiquement, la reconnexion fonctionne toujours de la même manière", a déclaré Liu. Les chercheurs proposent que dans ces champs magnétiques plus puissants, la majeure partie de l'énergie soit dépensée pour accélérer les particules plutôt que pour les chauffer, créant à nouveau une baisse de pression qui donne le taux divin de 10 %.
"C'est théoriquement une étape majeure", a déclaré Laurent Sironi, un astrophysicien théoricien de l'Université de Columbia qui travaille sur des simulations informatiques de jets de plasma à haute énergie. "Cela nous donne confiance... que ce que nous voyons dans nos simulations n'est pas fou."
Cueillir des particules
Les scientifiques ne peuvent pas modéliser chaque particule individuelle dans des simulations de plasma à grande échelle. Cela produirait des milliards de téraoctets de données et prendrait des centaines d'années, même en utilisant les supercalculateurs les plus avancés. Mais les chercheurs ont récemment découvert comment traiter un système aussi lourd comme un ensemble de particules plus petit et plus gérable.
Pour étudier l'importance de considérer les particules individuelles, Galishnikova et ses collègues ont comparé deux simulations d'un trou noir en accrétion - l'une traitant le plasma comme un fluide homogène et l'autre jetant environ un milliard de particules dans le mélange. Leurs résultats, publié en mars dans Physical Review Letters, montrent que l'incorporation de la microphysique conduit à des images nettement différentes des éruptions d'un trou noir, des accélérations de particules et des variations de luminosité.
Désormais, les scientifiques espèrent que des avancées théoriques telles que celles de Liu conduiront à des modèles de reconnexion magnétique qui reflètent plus précisément la nature. Mais alors que sa théorie vise à régler le problème du taux de reconnexion, elle n'explique pas pourquoi certaines lignes de champ entrent en collision et déclenchent une reconnexion mais pas d'autres. Il ne décrit pas non plus comment l'énergie sortante est divisée en jets, chaleur et rayons cosmiques - ou comment tout cela fonctionne en trois dimensions et à plus grande échelle. Pourtant, le travail de Liu montre comment, dans les bonnes circonstances, la reconnexion magnétique peut être suffisamment efficace pour provoquer des explosions célestes éphémères mais violentes.
"Vous devez répondre à la question" pourquoi "- c'est un élément crucial pour faire avancer la science", a déclaré Drake. "Avoir la certitude que nous comprenons le mécanisme nous donne une bien meilleure capacité d'essayer de comprendre ce qui se passe."
- Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
- PlatoAiStream. Intelligence des données Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
- Frapper l'avenir avec Adryenn Ashley. Accéder ici.
- Achetez et vendez des actions de sociétés PRE-IPO avec PREIPO®. Accéder ici.
- La source: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- :possède
- :est
- :ne pas
- :où
- ][p
- $UP
- 2001
- a
- capacité
- RÉSUMÉ
- accélérer
- Compte
- avec précision
- réalisation
- ajout
- Avancée
- avances
- encore
- vise
- Tous
- Permettre
- le long de
- aussi
- montant
- an
- et les
- Une autre
- répondre
- tous
- de manière appropriée
- SONT
- argument
- autour
- AS
- Assistante gérante
- At
- Atmosphère
- tentative
- et
- BE
- derrière
- LES MEILLEURS
- Améliorée
- jusqu'à XNUMX fois
- Big
- Milliards
- milliards
- Noir
- Trou noir
- les trous noirs
- Pause
- Rupture
- construire
- mais
- by
- calculs
- appelé
- venu
- CAN
- capturer
- catastrophique
- Canaux centraux
- chaîne
- caractéristique
- accusé
- des charges
- conditions
- plus
- collègues
- Université
- Entrer en collision
- COLUMBIA
- vient
- par rapport
- complet
- ordinateur
- confiance
- Confirmer
- Considérer
- considérant
- Rayons cosmiques
- Cosmos
- pourriez
- fou
- La création
- crucial
- données
- décennies
- décrire
- décrit
- la description
- détails
- DID
- différence
- différent
- dimensions
- Diversion
- do
- Ne fait pas
- faire
- down
- dessiner
- attire
- motivation
- chacun
- Terre
- effet
- efficace
- efficacement
- électrons
- émerge
- énergie
- assez
- également
- Pourtant, la
- événements
- JAMAIS
- preuve
- exemple
- existe
- Expliquer
- Explique
- explication
- extrême
- Visage
- FAIL
- loin
- RAPIDE
- plus rapide
- champ
- Des champs
- Figure
- figuré
- remplir
- Prénom
- fluide
- Pour
- formulaire
- Avant
- De
- GAS
- générer
- génère
- obtenez
- donné
- donne
- aller
- guide
- ait eu
- Hall d 'entrée
- EN COURS
- Vous avez
- Cœur
- vous aider
- sa
- appuyez en continu
- Trou
- des trous
- Accueil
- d'espérance
- HOT
- Comment
- How To
- HTML
- http
- HTTPS
- Des centaines
- i
- idée
- identifié
- immense
- importance
- in
- inclus
- incorporation
- individuel
- influencer
- immédiatement
- interagir
- l'interaction
- développement
- enquêter
- impliqué
- IT
- Jets
- connu
- grande échelle
- plus importantes
- Nom
- lancement
- poules pondeuses
- conduire
- conduisant
- Conduit
- lumière
- comme
- lignes
- peu
- plus long
- baisser
- LES PLANTES
- magazine
- Champ magnétique
- reconnexion magnétique
- majeur
- a prendre une
- FAIT DU
- Fabrication
- de nombreuses
- Mars
- Maryland
- masses
- massif
- Match
- Matériel
- mathématique
- mathématiquement
- Matière
- matthew
- Mai..
- mécanisme
- simple
- pourrait
- étape importante
- Minutes
- modèle
- numériques jumeaux (digital twin models)
- mois
- PLUS
- (en fait, presque toutes)
- mouvements
- en mouvement
- beaucoup
- Mystère
- NASA
- Nature
- négativement
- n'allons jamais
- Nouveauté
- aucune
- nombre
- observer
- of
- de rabais
- on
- ONE
- uniquement
- opposé
- or
- passer commande
- Autre
- Autres
- nos
- ande
- plus de
- propre
- peinture
- papiers
- partie
- particulier
- passé
- Peter
- phénomène
- PHP
- Physique
- image
- PHOTOS
- Plasma
- Platon
- Intelligence des données Platon
- PlatonDonnées
- joue
- power
- solide
- Alimentation
- précisément
- prévoir
- prédiction
- Prévoit
- la parfaite pression
- Problème
- processus
- produire
- Produit
- proposer
- proposé
- propose
- publié
- Quantamamagazine
- quantitatif
- question
- vite.
- Tarif
- Tarifs
- plutôt
- vraiment
- raison
- récemment
- reconnexion
- refléter
- régions
- relativement
- libérer
- resté
- un article
- chercheur
- chercheurs
- Avis
- bon
- Rôle
- grossièrement
- Saïd
- même
- Balance
- Sciences
- scientifiques
- secret
- sur le lien
- voir
- sembler
- vu
- sens
- set
- régler
- devrait
- montrer
- Spectacles
- similaires
- faibles
- Casser
- So
- solaire
- Résoudre
- quelques
- Space
- vitesse
- vitesses
- dépensé
- Étoiles
- départs
- Encore
- Boutique
- force
- plus efficacement
- Étude
- tel
- Suggère
- Dimanche
- sucré
- combustion propre
- Prenez
- que
- qui
- Le
- leur
- Les
- puis
- théorique
- théorie
- Ces
- l'ont
- des choses
- this
- ceux
- pensée
- trois
- à
- trop
- De La Carrosserie
- Voyage
- traiter
- traitement
- déclencher
- Essai
- Tourné
- deux
- sous
- comprendre
- compréhension
- Univers
- université
- us
- en utilisant
- Vide
- Tension
- voulu
- était
- Façon..
- we
- webp
- Quoi
- quand
- qui
- tout en
- WHO
- why
- sera
- comprenant
- dans les
- activités principales
- de travail
- vos contrats
- pourra
- années
- encore
- a abouti
- rendements
- Vous n'avez
- zéphyrnet
- Zip