Introductie
Tijdens vluchtige aanvallen slingert de zon af en toe een kolossale hoeveelheid energie de ruimte in. Deze uitbarstingen, die zonnevlammen worden genoemd, duren slechts enkele minuten en kunnen catastrofale black-outs en oogverblindende aurora's op aarde veroorzaken. Maar onze leidende wiskundige theorieรซn over hoe deze fakkels werken, kunnen de kracht en snelheid van wat we waarnemen niet voorspellen.
De kern van deze uitbarstingen is een mechanisme dat magnetische energie omzet in krachtige lichtstralen en deeltjes. Deze transformatie wordt gekatalyseerd door een proces dat magnetische herverbinding wordt genoemd, waarbij botsende magnetische velden breken en onmiddellijk opnieuw uitlijnen, waardoor materiaal de kosmos in wordt geschoten. Naast het voeden van zonnevlammen, kan herverbinding de snelle, hoogenergetische deeltjes uitgeworpen door exploderende sterren, de gloed van stralen van feestende zwarte gatenEn constante wind geblazen door de zon.
Ondanks de alomtegenwoordigheid van het fenomeen, hebben wetenschappers moeite gehad om te begrijpen hoe het zo efficiรซnt werkt. A recente theorie stelt voor dat kleine fysica een grote rol speelt als het gaat om het oplossen van de mysteries van magnetische herverbinding. Het verklaart in het bijzonder waarom sommige herverbindingsgebeurtenissen zo verbluffend snel zijn - en waarom de sterkste zich lijken voor te doen met een karakteristieke snelheid. Het begrijpen van de microfysische details van herverbinding kan onderzoekers helpen betere modellen van deze energetische uitbarstingen te bouwen en kosmische driftbuien te begrijpen.
"Tot nu toe is dit de beste theorie die ik kan zien," zei Hantao Ji, een plasmafysicus aan de Princeton University die niet betrokken was bij het onderzoek. "Het is een grote prestatie."
Gerommel met vloeistoffen
Bijna alle bekende materie in het universum bestaat in de vorm van plasma, een vurige gassoep waar helse temperaturen atomen hebben gestript tot geladen deeltjes. Terwijl ze rondritsen, genereren die deeltjes magnetische velden, die vervolgens de bewegingen van de deeltjes sturen. Deze chaotische interactie vormt een warboel van magnetische veldlijnen die, net als elastiekjes, steeds meer energie opslaan terwijl ze worden uitgerekt en gedraaid.
In de jaren vijftig stelden wetenschappers een verklaring voor voor hoe plasma's hun opgekropte energie uitstoten, een proces dat magnetische herverbinding werd genoemd. Wanneer magnetische veldlijnen die in tegengestelde richtingen wijzen, botsen, kunnen ze breken en elkaar kruisen, waardoor deeltjes als een dubbelzijdige katapult worden gelanceerd.
Maar dit idee leek meer op een abstract schilderij dan op een compleet wiskundig model. Wetenschappers wilden de details begrijpen van hoe het proces werkt - de gebeurtenissen die het breken beรฏnvloeden, de reden waarom er zoveel energie wordt losgelaten. Maar het rommelige samenspel van heet gas, geladen deeltjes en magnetische velden is wiskundig lastig te temmen.
De eerste kwantitatieve theorie, in 1957 beschreven door de astrofysici Peter Sweet en Eugene Parker, behandelt plasma's als gemagnetiseerde vloeistoffen. Het suggereert dat botsingen van tegengesteld geladen deeltjes magnetische veldlijnen aantrekken en een op hol geslagen keten van herverbindingsgebeurtenissen veroorzaken. Hun theorie voorspelt ook dat dit proces in een bepaald tempo plaatsvindt. De herverbindingssnelheden die zijn waargenomen in relatief zwakke, in het laboratorium gesmede plasma's komen overeen met hun voorspelling, evenals de snelheden voor kleinere jets in de onderste lagen van de atmosfeer van de zon.
Maar zonnevlammen geven veel sneller energie vrij dan de theorie van Sweet en Parker kan verklaren. Volgens hun berekeningen zouden die fakkels zich over maanden in plaats van minuten moeten ontvouwen.
Meer recent, waarnemingen van NASA's magnetosferische satellieten identificeerde deze snellere herverbinding zelfs dichter bij huis, in het eigen magnetische veld van de aarde. Die waarnemingen, samen met bewijs van tientallen jaren computersimulaties, bevestigen deze "snelle" herverbindingssnelheid: in meer energetische plasma's vindt herverbinding plaats met ongeveer 10% van de snelheid waarmee magnetische velden zich voortplanten - ordes van grootte sneller dan de theorie van Sweet en Parker voorspelt .
Het heraansluitingspercentage van 10% wordt zo universeel waargenomen dat veel wetenschappers het als "Gods gegeven getal" beschouwen, zeiden ze Alisa Galishnikova, een onderzoeker aan Princeton. Maar het aanroepen van het goddelijke helpt niet om uit te leggen wat de herverbinding zo snel maakt.
Gods nummer
In de jaren negentig zagen natuurkundigen af โโvan het behandelen van plasma's als vloeistoffen, wat te simplistisch bleek te zijn. Ingezoomd bestaat een gemagnetiseerde soep echt uit losse deeltjes. En hoe die deeltjes met elkaar omgaan, maakt een cruciaal verschil.
"Als je bij de microschalen komt, begint de vloeibare beschrijving af te breken," zei Amitava Bhattacharjee, een plasmafysicus aan Princeton. "De [microfysische] foto bevat dingen die de vloeiende foto nooit kan vastleggen."
De afgelopen twee decennia vermoedden natuurkundigen dat een elektromagnetisch fenomeen dat bekend staat als het Hall-effect het geheim zou kunnen zijn voor een snelle herverbinding: negatief geladen elektronen en positief geladen ionen hebben verschillende massa's, dus reizen ze langs magnetische veldlijnen met verschillende snelheden. Dat snelheidsverschil genereert een spanning tussen de gescheiden ladingen.
In 2001, Bhattacharjee en zijn collega's vertoonde dat alleen modellen met het Hall-effect voldoende snelle herverbindingssnelheden opleverden. Maar hoe die spanning precies de magische 10% produceerde, bleef een mysterie. "Het heeft ons niet laten zien het 'hoe' en 'waarom'," zei Yi-Hsin Liu, een plasmafysicus aan het Dartmouth College.
Introductie
Nu hebben Liu en collega's in twee recent gepubliceerde theoretische artikelen geprobeerd de details in te vullen.
De eerste paper, gepubliceerd in Communicatiefysica, beschrijft hoe de spanning een magnetisch veld induceert dat elektronen wegtrekt van het midden van de twee botsende magnetische gebieden. Die afleiding produceert een vacuรผm dat nieuwe veldlijnen opzuigt en ze in het midden samenknijpt, waardoor de magnetische katapult zich sneller kan vormen.
"Die foto werd gemist ... [maar] hij staarde ons recht in het gezicht aan", zei Jim Drake, een plasmafysicus aan de Universiteit van Maryland. "Dit is het eerste overtuigende argument dat ik ooit heb gezien."
In het tweede papier, gepubliceerd in Physical Review Lettersbeschrijven Liu en zijn niet-gegradueerde onderzoeksassistent Matthew Goodbred hoe hetzelfde vacuรผmeffect ontstaat in extreme plasma's die verschillende ingrediรซnten bevatten. Rond zwarte gaten wordt bijvoorbeeld gedacht dat plasma's bestaan โโuit elektronen en even massieve positronen, waardoor het Hall-effect niet langer van toepassing is. Maar "op magische wijze werkt herverbinding nog steeds op een vergelijkbare manier", zei Liu. De onderzoekers stellen voor dat binnen deze sterkere magnetische velden het grootste deel van de energie wordt besteed aan het versnellen van deeltjes in plaats van ze te verwarmen - opnieuw een drukverlaging creรซrend die het goddelijke 10%-percentage oplevert.
"Het is een belangrijke mijlpaal in theorie," zei Lorenzo Sironi, een theoretisch astrofysicus aan Columbia University die werkt aan computersimulaties van hoogenergetische plasmajets. "Dit geeft ons het vertrouwen... dat wat we zien in onze simulaties niet gek is."
Deeltjes plukken
Wetenschappers kunnen niet elk afzonderlijk deeltje modelleren in grootschalige plasmasimulaties. Dit zou miljarden terabytes aan gegevens produceren en honderden jaren in beslag nemen, zelfs met behulp van de meest geavanceerde supercomputers. Maar onderzoekers hebben onlangs ontdekt hoe ze zo'n onhandelbaar systeem kunnen behandelen als een kleinere, beter beheersbare set deeltjes.
Om het belang van het beschouwen van individuele deeltjes te onderzoeken, vergeleken Galishnikova en collega's twee simulaties van een aangroeiend zwart gat - de ene behandelt het plasma als een homogene vloeistof en de andere gooit ongeveer een miljard deeltjes in de mix. Hun resultaten, gepubliceerd in maart in Physical Review Letters, laten zien dat het incorporeren van de microfysica leidt tot duidelijk verschillende afbeeldingen van de fakkels, deeltjesversnellingen en variaties in helderheid van een zwart gat.
Nu hopen wetenschappers dat theoretische vorderingen zoals die van Liu zullen leiden tot modellen van magnetische herverbinding die de natuur nauwkeuriger weerspiegelen. Maar hoewel zijn theorie tot doel heeft het probleem van de herverbindingssnelheid op te lossen, verklaart het niet waarom sommige veldlijnen botsen en herverbinding veroorzaken, maar andere niet. Het beschrijft ook niet hoe de uitstromende energie wordt opgedeeld in jets, hitte en kosmische straling - of hoe dit werkt in drie dimensies en op grotere schaal. Toch laat Liu's werk zien hoe, onder de juiste omstandigheden, magnetische herverbinding efficiรซnt genoeg kan zijn om kortstondige maar gewelddadige hemelse uitbarstingen te veroorzaken.
"Je moet de vraag 'waarom' beantwoorden - dat is een cruciaal onderdeel om vooruitgang te boeken met de wetenschap," zei Drake. "Het vertrouwen hebben dat we het mechanisme begrijpen, geeft ons een veel beter vermogen om te proberen erachter te komen wat er aan de hand is."
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
- Koop en verkoop aandelen in PRE-IPO-bedrijven met PREIPOยฎ. Toegang hier.
- Bron: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- : heeft
- :is
- :niet
- :waar
- ][P
- $UP
- 2001
- a
- vermogen
- SAMENVATTING
- versnellen
- Account
- nauwkeurig
- prestatie
- toevoeging
- vergevorderd
- voorschotten
- weer
- wil
- Alles
- Het toestaan
- langs
- ook
- bedragen
- an
- en
- Nog een
- beantwoorden
- elke
- op gepaste wijze
- ZIJN
- argument
- rond
- AS
- Assistent
- At
- Sfeer
- gepoogd
- weg
- BE
- achter
- BEST
- Betere
- tussen
- Groot
- Miljard
- miljarden
- Zwart
- Zwart Gat
- zwarte gaten
- Breken
- Breaking
- bouw
- maar
- by
- berekeningen
- Dit betekent dat we onszelf en onze geliefden praktisch vergiftigen.
- kwam
- CAN
- vangen
- katastrofisch
- Centreren
- keten
- karakteristiek
- opgeladen
- lasten
- situatie
- dichterbij
- collega's
- College
- in botsing komen
- COLUMBIA
- komt
- vergeleken
- compleet
- computer
- vertrouwen
- Bevestigen
- Overwegen
- aangezien
- Kosmische stralen
- Kosmos
- kon
- gek
- Wij creรซren
- cruciaal
- gegevens
- decennia
- beschrijven
- beschreven
- beschrijving
- gegevens
- DEED
- verschil
- anders
- Afmeting
- Afleidingsmanoeuvre
- do
- doet
- Nee
- doen
- beneden
- trekken
- trekt
- rit
- elk
- aarde
- effect
- doeltreffend
- efficiรซnt
- elektronen
- voorschijn
- energie-niveau
- genoeg
- even
- Zelfs
- EVENTS
- OOIT
- bewijzen
- voorbeeld
- bestaat
- Verklaren
- Verklaart
- uitleg
- extreem
- Gezicht
- FAIL
- ver
- SNELLE
- sneller
- veld-
- Velden
- Figuur
- bedacht
- vullen
- Voornaam*
- vloeistof
- Voor
- formulier
- Naar voren
- oppompen van
- GAS
- voortbrengen
- genereert
- krijgen
- gegeven
- geeft
- gaan
- gids
- HAD
- hal
- Happening
- Hebben
- Hart
- hulp
- zijn
- houden
- Gat
- Gaten
- Home
- hoop
- Populair
- Hoe
- How To
- HTML
- http
- HTTPS
- Honderden
- i
- idee
- geรฏdentificeerd
- onmetelijk
- belang
- in
- inclusief
- opnemen
- individueel
- beรฏnvloeden
- ogenblikkelijk
- interactie
- wisselwerking
- in
- onderzoeken
- betrokken zijn
- IT
- Jets
- bekend
- grootschalig
- groter
- Achternaam*
- lancering
- Legkippen
- leiden
- leidend
- Leads
- licht
- als
- lijnen
- Elke kleine stap levert grote resultaten op!
- langer
- te verlagen
- gemaakt
- magazine
- Magnetisch veld
- magnetische herverbinding
- groot
- maken
- MERKEN
- maken
- veel
- Maart
- Maryland
- massa
- massief
- Match
- materiaal
- wiskundig
- mathematisch
- Materie
- Matthew
- Mei..
- mechanisme
- meer
- macht
- mijlpaal
- minuten
- model
- modellen
- maanden
- meer
- meest
- bewegingen
- bewegend
- veel
- Mysterie
- NASA
- NATUUR
- negatief
- nooit
- New
- geen
- aantal
- waarnemen
- of
- korting
- on
- EEN
- Slechts
- tegenover
- or
- orders
- Overige
- Overig
- onze
- uit
- over
- het te bezitten.
- schilderij
- papieren
- deel
- bijzonder
- verleden
- Peter
- een fenomeen
- PHP
- Fysica
- beeld
- Foto's
- Plasma
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- speelt
- energie
- krachtige
- Powering
- Precies
- voorspellen
- voorspelling
- voorspelt
- druk
- probleem
- produceren
- geproduceerd
- voorstellen
- voorgestelde
- stelt
- gepubliceerde
- Quanta tijdschrift
- kwantitatief
- vraag
- snel
- tarief
- Tarieven
- liever
- werkelijk
- reden
- onlangs
- herverbinding
- reflecteren
- regio
- relatief
- los
- bleef
- onderzoek
- onderzoeker
- onderzoekers
- beoordelen
- rechts
- Rol
- ruw
- Zei
- dezelfde
- balans
- Wetenschap
- wetenschappers
- Geheim
- zien
- te zien
- lijken
- gezien
- zin
- reeks
- vestigen
- moet
- tonen
- Shows
- gelijk
- kleinere
- Snappen
- So
- zonne-
- Het oplossen van
- sommige
- Tussenruimte
- snelheid
- snelheden
- besteed
- Sterren
- starts
- Still
- shop
- sterkte
- sterker
- Studie
- dergelijk
- Stelt voor
- Zon
- zoet
- system
- Nemen
- neem contact
- dat
- De
- hun
- Ze
- harte
- theoretisch
- theorie
- Deze
- ze
- spullen
- dit
- die
- gedachte
- drie
- naar
- ook
- Transformatie
- reizen
- behandelen
- behandelen
- leiden
- proberen
- Gedraaid
- twee
- voor
- begrijpen
- begrip
- Universum
- universiteit-
- us
- gebruik
- Vacuรผm
- Voltage
- gezocht
- was
- Manier..
- we
- webp
- Wat
- wanneer
- welke
- en
- WIE
- Waarom
- wil
- Met
- binnen
- Mijn werk
- werkzaam
- Bedrijven
- zou
- jaar
- nog
- opgeleverd
- opbrengsten
- You
- zephyrnet
- Postcode