Giới thiệu
Trong những đợt phù du thoáng qua, mặt trời thỉnh thoảng ném một lượng năng lượng khổng lồ vào không gian. Được gọi là ngọn lửa mặt trời, những vụ phun trào này chỉ kéo dài trong vài phút và chúng có thể gây ra sự cố mất điện thảm khốc và cực quang rực rỡ trên Trái đất. Nhưng các lý thuyết toán học hàng đầu của chúng ta về cách thức hoạt động của những ngọn lửa này không dự đoán được sức mạnh và tốc độ của những gì chúng ta quan sát được.
Trọng tâm của những vụ nổ này là một cơ chế chuyển đổi năng lượng từ trường thành những vụ nổ ánh sáng và hạt mạnh mẽ. Quá trình biến đổi này được xúc tác bởi một quá trình gọi là tái kết nối từ tính, trong đó các từ trường va chạm phá vỡ và sắp xếp lại ngay lập tức, bắn vật chất vào vũ trụ. Ngoài việc cung cấp năng lượng cho các ngọn lửa mặt trời, việc kết nối lại có thể cung cấp năng lượng cho các vụ nổ nhanh chóng, hạt năng lượng cao đẩy ra bởi những ngôi sao đang nổ tung, ánh sáng của máy bay phản lực từ hố đen, và gió liên tục bị mặt trời thổi bay.
Bất chấp sự phổ biến của hiện tượng, các nhà khoa học đã phải vật lộn để hiểu làm thế nào nó hoạt động hiệu quả như vậy. MỘT lý thuyết gần đây đề xuất rằng khi nói đến việc giải quyết những bí ẩn của sự kết nối lại từ tính, vật lý nhỏ bé đóng một vai trò quan trọng. Cụ thể, nó giải thích tại sao một số sự kiện kết nối lại lại diễn ra nhanh chóng đến kinh ngạc — và tại sao sự kiện mạnh nhất dường như lại xảy ra ở một tốc độ đặc trưng. Hiểu được các chi tiết vật lý vi mô của sự kết nối lại có thể giúp các nhà nghiên cứu xây dựng các mô hình tốt hơn về các vụ phun trào năng lượng này và hiểu được các cơn giận dữ của vũ trụ.
“Cho đến nay, đây là lý thuyết tốt nhất mà tôi có thể thấy,” nói Hantao Ji, một nhà vật lý plasma tại Đại học Princeton, người không tham gia vào nghiên cứu. “Đó là một thành tích lớn.”
Lúng túng với chất lỏng
Gần như mọi vật chất đã biết trong vũ trụ đều tồn tại ở dạng plasma, một món súp khí bốc lửa trong đó nhiệt độ địa ngục đã tách các nguyên tử thành các hạt tích điện. Khi chúng di chuyển xung quanh, những hạt đó tạo ra từ trường, từ trường này sẽ hướng dẫn chuyển động của các hạt. Sự tương tác hỗn loạn này tạo nên một mớ hỗn độn các đường sức từ, giống như dây cao su, ngày càng tích trữ nhiều năng lượng hơn khi chúng bị kéo căng và xoắn lại.
Vào những năm 1950, các nhà khoa học đã đề xuất một lời giải thích về cách các plasma giải phóng năng lượng bị dồn nén của chúng, một quá trình được gọi là tái kết nối từ trường. Khi các đường sức từ hướng ngược chiều nhau va chạm, chúng có thể bắt và kết nối chéo, phóng ra các hạt giống như súng cao su hai mặt.
Nhưng ý tưởng này gần với một bức tranh trừu tượng hơn là một mô hình toán học hoàn chỉnh. Các nhà khoa học muốn hiểu chi tiết về cách thức hoạt động của quá trình - các sự kiện ảnh hưởng đến quá trình chụp, lý do tại sao rất nhiều năng lượng được giải phóng. Nhưng sự tương tác lộn xộn của khí nóng, các hạt tích điện và từ trường rất khó để chế ngự về mặt toán học.
Định lượng đầu tiên lý thuyết, được mô tả vào năm 1957 bởi các nhà vật lý thiên văn Peter Sweet và Eugene Parker, coi các plasma là chất lỏng bị từ hóa. Nó gợi ý rằng sự va chạm của các hạt tích điện trái dấu kéo theo các đường sức từ và tạo ra một chuỗi các sự kiện kết nối lại. Lý thuyết của họ cũng dự đoán rằng quá trình này xảy ra với một tốc độ cụ thể. Tốc độ kết nối lại được quan sát thấy trong các plasma tương đối yếu, được rèn trong phòng thí nghiệm phù hợp với dự đoán của họ, cũng như tốc độ đối với các tia nhỏ hơn ở các tầng thấp hơn của bầu khí quyển của mặt trời.
Nhưng các ngọn lửa mặt trời giải phóng năng lượng nhanh hơn nhiều so với lý thuyết của Sweet và Parker. Theo tính toán của họ, những ngọn lửa đó sẽ bùng phát trong nhiều tháng chứ không phải vài phút.
Gần đây hơn, các quan sát từ NASA vệ tinh từ quyển xác định sự kết nối lại nhanh hơn này thậm chí còn xảy ra gần nhà hơn, trong từ trường của Trái đất. Những quan sát đó, cùng với bằng chứng từ nhiều thập kỷ mô phỏng máy tính, đã xác nhận tốc độ kết nối lại “nhanh” này: Trong các plasma giàu năng lượng hơn, sự kết nối lại xảy ra với tốc độ khoảng 10% tốc độ lan truyền từ trường — nhanh hơn nhiều so với dự đoán của lý thuyết Sweet và Parker. .
Tỷ lệ kết nối lại 10% được quan sát phổ biến đến mức nhiều nhà khoa học coi đó là “con số do Chúa ban,” cho biết Alisa Galishnikova, một nhà nghiên cứu tại Princeton. Nhưng việc cầu khẩn thần thánh không giải thích được điều gì khiến việc kết nối lại diễn ra nhanh như vậy.
Số của Chúa
Vào những năm 1990, các nhà vật lý đã từ bỏ việc coi plasma là chất lỏng, điều này hóa ra lại quá đơn giản. Phóng to, một món súp từ hóa thực sự được tạo thành từ các hạt riêng lẻ. Và cách những hạt đó tương tác với nhau tạo ra sự khác biệt quan trọng.
“Khi bạn đạt đến cấp độ vi mô, mô tả chất lỏng bắt đầu bị phá vỡ,” cho biết Amitava Bhattacharjee, một nhà vật lý plasma tại Princeton. “Hình ảnh [vi mô] có những thứ mà hình ảnh chất lỏng không bao giờ có thể chụp được.”
Trong hai thập kỷ qua, các nhà vật lý đã nghi ngờ rằng một hiện tượng điện từ được gọi là hiệu ứng Hall có thể nắm giữ bí quyết tái kết nối nhanh chóng: Các electron mang điện tích âm và các ion mang điện tích dương có khối lượng khác nhau, vì vậy chúng di chuyển dọc theo các đường sức từ với tốc độ khác nhau. Sự chênh lệch tốc độ đó tạo ra một điện áp giữa các điện tích riêng biệt.
Năm 2001, Bhattacharjee và cộng sự cho thấy rằng chỉ những mô hình bao gồm hiệu ứng Hall mới mang lại tốc độ kết nối lại nhanh một cách thích hợp. Nhưng chính xác làm thế nào điện áp đó tạo ra 10% kỳ diệu vẫn còn là một bí ẩn. “Nó không cho chúng tôi thấy 'như thế nào' và 'tại sao',” nói Yi-Hsin Liu, một nhà vật lý plasma tại Đại học Dartmouth.
Giới thiệu
Bây giờ, trong hai bài báo lý thuyết được xuất bản gần đây, Liu và các đồng nghiệp đã cố gắng điền vào các chi tiết.
Sản phẩm giấy đầu tiên, xuất bản năm Vật lý truyền thông, mô tả cách điện áp tạo ra một từ trường hút các electron ra khỏi tâm của hai vùng từ tính va chạm. Sự chuyển hướng đó tạo ra một khoảng chân không hút các đường sức từ trường mới và chèn chúng vào giữa, cho phép súng cao su nam châm hình thành nhanh hơn.
“Bức ảnh đó đã bị bỏ lỡ… [nhưng] nó đang nhìn chằm chằm vào mặt chúng tôi,” nói Jim Drake, một nhà vật lý plasma tại Đại học Maryland. “Đây là lập luận thuyết phục đầu tiên mà tôi từng thấy.”
Trong tạp chí giấy thứ hai, xuất bản năm Physical Review Letters, Liu và trợ lý nghiên cứu chưa tốt nghiệp của ông là Matthew Goodbred mô tả cách hiệu ứng chân không giống nhau xuất hiện trong các plasma cực trị chứa các thành phần khác nhau. Ví dụ, xung quanh các lỗ đen, các plasma được cho là bao gồm các electron và các positron có khối lượng bằng nhau, vì vậy hiệu ứng Hall không còn được áp dụng nữa. Tuy nhiên, “thật kỳ diệu, kết nối lại vẫn hoạt động theo cách tương tự,” Liu nói. Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng trong những từ trường mạnh hơn này, phần lớn năng lượng được sử dụng để tăng tốc các hạt thay vì làm nóng chúng — một lần nữa tạo ra sự suy giảm áp suất mang lại tỷ lệ 10% thần thánh.
“Đó là một cột mốc quan trọng về mặt lý thuyết,” nói Lorenzo Sironi, một nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Columbia, người làm việc trên máy tính mô phỏng các tia plasma năng lượng cao. “Điều này mang lại cho chúng tôi sự tự tin… rằng những gì chúng tôi thấy trong các mô phỏng của mình không hề điên rồ.”
nhặt hạt
Các nhà khoa học không thể lập mô hình từng hạt riêng lẻ trong mô phỏng plasma quy mô lớn. Làm như vậy sẽ tạo ra hàng tỷ terabyte dữ liệu và mất hàng trăm năm để hoàn thành, ngay cả khi sử dụng các siêu máy tính tiên tiến nhất. Nhưng các nhà nghiên cứu gần đây đã tìm ra cách xử lý một hệ thống khó sử dụng như một tập hợp các hạt nhỏ hơn, dễ quản lý hơn.
Để tìm hiểu tầm quan trọng của việc xem xét các hạt riêng lẻ, Galishnikova và các đồng nghiệp đã so sánh hai mô phỏng về lỗ đen đang bồi tụ — một mô phỏng coi plasma là chất lỏng đồng nhất và mô phỏng còn lại ném khoảng một tỷ hạt vào hỗn hợp. kết quả của họ, được xuất bản vào tháng XNUMX năm Physical Review Letters, cho thấy rằng việc kết hợp vật lý vi mô dẫn đến những hình ảnh khác biệt rõ rệt về các vết lóa, gia tốc hạt và sự thay đổi độ sáng của lỗ đen.
Giờ đây, các nhà khoa học hy vọng những tiến bộ lý thuyết như của Liu sẽ dẫn đến các mô hình tái kết nối từ trường phản ánh tự nhiên chính xác hơn. Nhưng trong khi lý thuyết của ông nhằm mục đích giải quyết vấn đề tốc độ kết nối lại, thì nó không giải thích được tại sao một số đường trường va chạm và kích hoạt kết nối lại mà không phải những trường khác. Nó cũng không mô tả cách năng lượng thoát ra được chia thành tia, nhiệt và tia vũ trụ - hoặc cách bất kỳ thứ gì trong số này hoạt động trong không gian ba chiều và trên quy mô lớn hơn. Tuy nhiên, công trình của Liu cho thấy làm thế nào, trong những trường hợp thích hợp, sự kết nối lại từ tính có thể đủ hiệu quả để thúc đẩy những vụ nổ thiên thể phù du nhưng dữ dội.
“Bạn phải trả lời câu hỏi 'tại sao' - đó là một phần quan trọng để tiến lên phía trước với khoa học,” Drake nói. “Có được sự tự tin rằng chúng tôi hiểu cơ chế này giúp chúng tôi có khả năng tốt hơn nhiều để cố gắng tìm hiểu điều gì đang xảy ra.”
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
- Mua và bán cổ phần trong các công ty PRE-IPO với PREIPO®. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- : có
- :là
- :không phải
- :Ở đâu
- ][P
- $ LÊN
- 2001
- a
- có khả năng
- TÓM TẮT
- tăng tốc
- Tài khoản
- chính xác
- thành tích
- Ngoài ra
- tiên tiến
- tiến bộ
- một lần nữa
- Mục tiêu
- Tất cả
- Cho phép
- dọc theo
- Ngoài ra
- số lượng
- an
- và
- Một
- trả lời
- bất kì
- thích hợp
- LÀ
- đối số
- xung quanh
- AS
- Trợ lý
- At
- Bầu không khí
- đã cố gắng
- xa
- BE
- sau
- BEST
- Hơn
- giữa
- lớn
- Tỷ
- tỷ
- Đen
- Black Hole
- lỗ đen
- Nghỉ giải lao
- Phá vỡ
- xây dựng
- nhưng
- by
- tính toán
- gọi là
- đến
- CAN
- nắm bắt
- thảm họa
- Trung tâm
- chuỗi
- đặc trưng
- tính phí
- tải
- hoàn cảnh
- gần gũi hơn
- đồng nghiệp
- Trường đại học
- Va chạm
- Đại học
- đến
- so
- hoàn thành
- máy tính
- sự tự tin
- Xác nhận
- Hãy xem xét
- xem xét
- Các tia vũ trụ
- Vu trụ
- có thể
- điên
- Tạo
- quan trọng
- dữ liệu
- thập kỷ
- mô tả
- mô tả
- Mô tả
- chi tiết
- ĐÃ LÀM
- sự khác biệt
- khác nhau
- kích thước
- Dòng
- do
- làm
- Không
- làm
- xuống
- vẽ tranh
- rút
- lái xe
- mỗi
- trái đất
- hiệu lực
- hiệu quả
- hiệu quả
- điện tử
- nổi lên
- năng lượng
- đủ
- như nhau
- Ngay cả
- sự kiện
- BAO GIỜ
- bằng chứng
- ví dụ
- tồn tại
- Giải thích
- Giải thích
- giải thích
- cực
- Đối mặt
- FAIL
- xa
- NHANH
- nhanh hơn
- lĩnh vực
- Lĩnh vực
- Hình
- hình
- điền
- Tên
- chất lỏng
- Trong
- hình thức
- Forward
- từ
- GAS
- tạo ra
- tạo
- được
- được
- cho
- đi
- hướng dẫn
- có
- Hội trường
- Xảy ra
- Có
- Trái Tim
- giúp đỡ
- của mình
- tổ chức
- Lô
- Holes
- Trang Chủ
- mong
- NÓNG BỨC
- Độ đáng tin của
- Hướng dẫn
- HTML
- http
- HTTPS
- Hàng trăm
- i
- ý tưởng
- xác định
- bao la
- tầm quan trọng
- in
- bao gồm
- kết hợp
- hệ thống riêng biệt,
- ảnh hưởng
- ngay lập tức
- tương tác
- tương tác
- trong
- điều tra
- tham gia
- IT
- Máy bay phản lực
- nổi tiếng
- quy mô lớn
- lớn hơn
- Họ
- ra mắt
- lớp
- dẫn
- hàng đầu
- Dẫn
- ánh sáng
- Lượt thích
- dòng
- ít
- còn
- thấp hơn
- thực hiện
- tạp chí
- Từ trường
- kết nối lại từ tính
- chính
- làm cho
- LÀM CHO
- Làm
- nhiều
- Tháng Ba
- Maryland
- quần chúng
- lớn
- Trận đấu
- vật liệu
- toán học
- theo toán học
- chất
- matthew
- Có thể..
- cơ chế
- bộ ba
- Might
- sự kiện quan trọng
- Phút
- kiểu mẫu
- mô hình
- tháng
- chi tiết
- hầu hết
- phong trào
- di chuyển
- nhiều
- Trinh thám
- Nasa
- Thiên nhiên
- tiêu cực
- không bao giờ
- Mới
- Không
- con số
- tuân theo
- of
- off
- on
- ONE
- có thể
- đối diện
- or
- đơn đặt hàng
- Nền tảng khác
- Khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- ra
- kết thúc
- riêng
- bức tranh
- giấy tờ
- một phần
- riêng
- qua
- Peter
- hiện tượng
- PHP
- Vật lý
- hình ảnh
- Những bức ảnh
- Plasma
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- đóng
- quyền lực
- mạnh mẽ
- Chạy
- Chính xác
- dự đoán
- dự đoán
- Dự đoán
- áp lực
- Vấn đề
- quá trình
- sản xuất
- Sản xuất
- đề xuất
- đề xuất
- đề xuất
- công bố
- tạp chí lượng tử
- định lượng
- câu hỏi
- Mau
- Tỷ lệ
- Giá
- hơn
- có thật không
- lý do
- gần đây
- kết nối lại
- phản ánh
- vùng
- tương đối
- phát hành
- vẫn
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- xem xét
- ngay
- Vai trò
- khoảng
- Nói
- tương tự
- quy mô
- Khoa học
- các nhà khoa học
- Bí mật
- xem
- nhìn thấy
- hình như
- đã xem
- ý nghĩa
- định
- giải quyết
- nên
- hiển thị
- Chương trình
- tương tự
- nhỏ hơn
- Snap
- So
- hệ mặt trời
- Giải quyết
- một số
- Không gian
- tốc độ
- tốc độ
- tiêu
- Sao
- bắt đầu
- Vẫn còn
- hàng
- sức mạnh
- mạnh mẽ hơn
- Học tập
- như vậy
- Gợi ý
- mặt trời
- ngọt ngào
- hệ thống
- Hãy
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- cung cấp their dịch
- Them
- sau đó
- lý thuyết
- lý thuyết
- Kia là
- họ
- điều
- điều này
- những
- nghĩ
- số ba
- đến
- quá
- Chuyển đổi
- đi du lịch
- điều trị
- điều trị
- kích hoạt
- thử
- Quay
- hai
- Dưới
- hiểu
- sự hiểu biết
- Vũ trụ
- trường đại học
- us
- sử dụng
- Khoảng chân không
- điện áp
- muốn
- là
- Đường..
- we
- webp
- Điều gì
- khi nào
- cái nào
- trong khi
- CHÚNG TÔI LÀ
- tại sao
- sẽ
- với
- ở trong
- Công việc
- đang làm việc
- công trinh
- sẽ
- năm
- nhưng
- mang lại
- sản lượng
- Bạn
- zephyrnet
- Zip