Las fuerzas magnéticas se extienden por todo el universo, desde los campos que rodean los planetas hasta los gases que llenan las galaxias, y pueden ser lanzadas por un fenómeno llamado efecto de la batería de Biermann. Ahora los científicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. han descubierto que este fenómeno no solo puede generar campos magnéticos, sino que también puede cortarlos para desencadenar la reconexión magnética, un descubrimiento notable y sorprendente.
El efecto de la batería Biermann, una posible semilla para los campos magnéticos que impregnan nuestro universo, surge en los plasmas, el estado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, cuando la temperatura y la densidad del plasma están desalineadas. La parte superior de dichos plasmaspodría ser más caliente que los fondos, y la densidad podría ser mayor en el lado izquierdo que en el derecho. Esta desalineación da lugar a una fuerza electromotriz que genera corriente que conduce a campos magnéticos. El proceso lleva el nombre de Ludwig Biermann, un astrofísico alemán.quien lo descubrió en 1950.
Revelado a través de simulaciones por computadora
Los nuevos hallazgos revelan a través de simulaciones por computadora un papel previamente desconocido para el efecto Biermann que podría mejorar la comprensión de la reconexión: la ruptura y reconexión violenta de las líneas de campo magnético en plasmas que dan lugar a la aurora boreal, las erupciones solares y las tormentas geomagnéticas espacialesque puede interrumpir el servicio de telefonía celular y las redes eléctricas en la Tierra.
Los resultados "proporcionan una nueva plataforma para replicar en el laboratorio la reconexión observada en plasmas astrofísicos", dijo Jackson Matteucci, un estudiante graduado en el Programa de Física de Plasma en PPPL y autor principal de una descripción del proceso en Physical Review LettersLos coautores del artículo incluyen a sus asesores de tesis, Will Fox de PPPL y Amitava Bhattacharjee, jefe del Departamento de Teoría de PPPL e investigadores de otros laboratorios.
Las simulaciones modelaron los resultados publicados de experimentos en China que estudiaron plasma de alta densidad de energía HED - materia bajo presión extrema como la que existe en el núcleo de la Tierra. Los experimentos, en los cuales PPPL no participó, utilizaron láserespara hacer explotar un par de burbujas de plasma desde un objetivo de metal sólido. Las simulaciones del plasma tridimensional rastrearon la expansión de las burbujas y los campos magnéticos que creó el efecto Biermann, y rastrearon la colisión de los campos para producir una reconexión magnética.
Las simulaciones mostraron que la temperatura se disparó en las líneas de campo de reconexión e invirtió el papel del efecto Biermann que originó las líneas. Debido al pico, el efecto Biermann destruyó las líneas del campo magnético que había creado, cortándolas como un par de tijerascortando una banda elástica. Los campos cortados se volvieron a conectar aguas abajo, lejos del punto de reconexión original ". Esta es la primera simulación que muestra la reconexión magnética mediada por batería de Biermann", dijo Matteucci. "Este proceso nunca antes se había conocido".
Seguimiento de miles de millones de iones y electrones
El modelado de los experimentos HED requirió rastrear miles de millones de iones y electrones que interactúan entre sí y con los campos eléctricos y magnéticos que creó su movimiento, en lo que se denomina simulaciones cinéticas 3D. Los investigadores llevaron a cabo estas simulaciones en la supercomputadora Titan en el DOE OakCentro de Computación de Liderazgo de Ridge OLCF en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
Desde entonces, los científicos han modelado un experimento británico y están trabajando en simulaciones de experimentos realizados en el Laboratorio de Energética Láser LLE en la Universidad de Rochester y en la Instalación Nacional de Encendido en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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