|
Расшифровка мегамагнитных взрывов за пределами Солнечной системы
|
|
|
|
Нейтронные звезды и черные дыры могут быть звездными трупами, но они являются одними из самых активных небесных объектов. Они производят излучение с самой высокой энергией из когда-либо наблюдавшихся, и ученые долго ломали голову над физическими процессами, лежащими в основе процесса, приводящего в действие их энергетические излучения. Теперь, в недавней статье, опубликованной в Physical Review Letters, физик из Дартмута и доцент предложили новую теорию, которая объясняет, как магнитная энергия может очень быстро высвобождаться с энергией взрыва в заряженные частицы в этих экстремальных условиях.
|
|
|
|
Подобные магнитные взрывы также происходят ближе к дому, вызывая солнечные вспышки и северное сияние. Их можно наблюдать везде, где есть заряженные газы, называемые плазмой, даже в лаборатории, говорит Мэтью Гудбред 23 года, ведущий автор статьи. Электроны и ионы в плазме текут вдоль силовых линий магнитного поля, которые обычно остаются разделенными. Однако когда линии, направленные в противоположных направлениях, сближаются, они могут сливаться и расходиться, высвобождая огромное количество энергии, которая разгоняет частицы плазмы до очень высоких скоростей — хорошо изученное явление, известное как магнитное пересоединение.
|
|
|
Ранее в этом году соавтор Йи-Хсин Лю, доцент кафедры физики и астрономии, представил объяснение процесса, который ускоряет скорость воссоединения в солнечных вспышках. Вслед за этой работой Гудбред попытался изучить механизм повторного соединения в некоторых из самых плотных объектов во Вселенной, таких как нейтронные звезды, которые образуются, когда у массивной звезды заканчивается топливо и она коллапсирует. «Астрофизическая среда, особенно вокруг нейтронных звезд и черных дыр, особенная, потому что их магнитные поля очень сильны», — говорит Гудбред, который начал удаленно работать с Лю во время пандемии летом 2020 года.
|
|
|
|
Их плазма также отличается, она состоит из электронов и их антиматерии, которые имеют одинаковую массу. По его словам, солнечная плазма состоит из протонов и электронов, которые имеют совершенно разные массы, поэтому физика в этих двух сценариях различна. Чтобы придумать математическое описание повторного соединения в таких средах, Гудбред рассмотрел поток энергии в месте повторного соединения. Его модель предсказывает, что поддержание реверсирования магнитного поля вокруг места, когда поле чрезвычайно сильное, возможно только при наличии большого количества быстро движущихся частиц, которые могут переносить электрический ток.
|
|
|
|
Носители тока в плазме забирают большую часть энергии, создавая своего рода пустоту под давлением, которая быстро втягивает окружающее магнитное поле, тем самым подготавливая почву для столь быстрого повторного соединения. «Этот новый вывод обеспечивает первую теорию, основанную исключительно на основных законах физики, которая объясняет высокую скорость повторного соединения в таких системах, которая наблюдалась во всех предыдущих кинетических симуляциях (но не объяснялась на самом деле)», — говорит Лю.
|
|
|
|
Предсказания модели также подтверждались моделированием, проведенным авторами. «Я действительно нахожу это явление воссоединения очень захватывающим, — говорит Гудбред, — особенно применительно к астрофизическим ситуациям, когда так трудно представить себе масштабы и силу этих взрывных событий, происходящих по всей Вселенной». Гудбред, выросший недалеко от Нэшвилла, штат Теннесси, планирует взять перерыв через год после выпуска и с нетерпением ждет возможности удовлетворить свою любовь к природе, готовясь поступить в аспирантуру и получить степень доктора философии. Ему нравится теория, потому что она кажется творческой. «Есть много возможных путей, которые можно исследовать при решении проблемы, — говорит он, — и приятно свести эти возможности к одной окончательной теории».
|
|
|
|
Источник
|
