在深空中不斷增長的磁場

與許多人認為的相反，外層空間不是空的。除了被稱為等離子體的帶電離子和電子湯外，空間還被具有廣泛強度的磁場所滲透。天體物理學家一直想知道這些場是如何產生、維持和放大的。現在，美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家們已經證明，等離子體湍流可能是造成這一現象的原因，為等離子體天體物理學中最重要的未解決問題之一提供了可能的答案。

普林斯頓大學的研究人員使用強大的計算機計算科學與工程研究所(PICSciE)和國家能源研究科學計算中心(·)美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的模擬湍流可以如何加強磁場通過被稱為發電機效應,成為更強大的磁場的磁力線迂迴曲折。「這項工作是一個重要的一步回答第一次動蕩是否能增強磁場的問題在熱動力學優勢,稀釋等離子體,如星系團內居住,」馬修·昆茲說,普林斯頓大學天體物理學教授,該論文的作者之一,這是發表在《天體物理學雜誌通訊》上。

過去的研究集中在發電機上，因為它們可能發生在所謂的碰撞等離子體中，在這種碰撞等離子體中，粒子集體表現為流體。但是星系間等離子體是無碰撞的，所以過去的實驗並不必然相關。這項新研究旨在解決這一差距。「我們想看看在無碰撞的情況下發電機會如何工作，」丹尼斯·聖-昂格說，他是PPPL普林斯頓等離子物理項目的研究生，也是這篇論文的第一作者。

St-Onge和Kunz關注的是無碰撞等離子體中單個粒子的速度和磁場是如何直接聯繫在一起的。這種聯繫——如果一個量增加或減少，另一個量也必須增加——似乎排除了發電機的存在。「如果這就是整個故事，那對發電機來說將是災難性的，」聖-昂熱說。「與我們觀察到的空間,發電機將不得不增加種子磁場的強度至少一萬億倍,但粒子的能量也會增加,還有沒有足夠的可用能源發電機發生。」

為了產生在太空中觀察到的磁場強度，必須切斷將粒子能量與磁性結合的紐帶。這正是St-Onge昆茨和觀察到的計算機模擬:這類型的等離子體湍流稱為鏡像和消防帶不穩定導致等離子體粒子散射,和散射粒子能量之間的聯繫和磁性,使磁場的振幅接近自然界中觀察到。

St-Onge指出，未來的研究將集中於為什麼會發生這種湍流散射。「此外，我們還想研究粒子散射的細節，」St-Onge說。「不穩定性是如何導致粒子散射的?散射發生的頻率是多少?散射能導致磁場突然、劇烈地增長嗎?」最後一個想法是PPPL主管Steven Cowley幾年前提出的。我們想調查這是否屬實。

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