Um mistério astronômico duradoura é a forma como estrelas e galáxias adquirem seus campos magnéticos. Os físicos Jonathan Squire e Amitava Bhattacharjee do Departamento de Energia (DOE) dos EUA Laboratório de Física Princeton Plasma (PPPL) ter encontrado uma pista para a resposta no comportamento coletivo de pequenas perturbações magnéticas. Em um artigo publicado em outubro na Physical Review Letters, os cientistas relatam que pequenas perturbações magnéticas podem se combinar para formar grande escala campos magnéticos apenas como aqueles encontrados em todo o universo.
Squire e Bhattacharjee analisou o comportamento dos dínamos, que ocorrem quando um fluido eletricamente carregado como plasma redemoinhos de uma forma que cria e amplifica um campo magnético. Os cientistas sabem que a turbulência plasma pode criar lotes de pequenos campos magnéticos, mas o mecanismo pelo qual esses campos poderiam produzir um único campo grande é indescritível. "Podemos observar campos magnéticos em todo o universo", disse Squire. "Mas nós atualmente carecem de uma explicação teórica sólida para a forma como eles são gerados."
A imagem acima mostra exemplo mais espetacular de um campo magnético em espiral com um componente radial forte contra uma geometria azimutal geralmente em forma de anel, (e também cinemática!) Da galáxia NGC 5055. (Chyży & Buta 2008).
O enigma consiste na improbabilidade aparente de pequenas perturbações que se juntam para formar algo grande e organizado. Ao longo de sua natureza, ordem tende a dissolver-se no caos, e não o contrário. Por exemplo, se você adicionar um glob de leite para o café, o glob irá dissolver-se em uma coleção de gavinhas e continuar a se dissipar até que o leite tem misturado com todo o café.Embora não seja impossível, é altamente improvável que o leite dissipada se reuniam e reformar o glob originais espontaneamente.
Este tipo de organização natural, ocorre ocasionalmente no mundo natural, no entanto. Quando se forma um furacão, os distúrbios miríade na atmosfera durante uma forte tempestade se aglutinam em um vórtice gigante. Mas o tornado finalmente entra em colapso e a ordem desaparece.
Como tornados, os campos magnéticos em larga escala em todo o universo parece ser produzido por lotes de pequenas perturbações. Mas, ao contrário dos furacões, estes campos magnéticos persistem. "Algo está segurando os campos magnéticos do universo há bilhões de anos", disse Amitava Bhattacharjee, chefe do Departamento de Teoria da PPPL e co-autor do papel. "Mas como é que o universo obter estas propriedades magnéticas persistentes?"
No papel, Squire e Bhattacharjee mostram que, em determinadas circunstâncias pequenos campos magnéticos - em vez de campos de velocidade pequenos, que têm sido estudados com mais freqüência - pode se combinam para formar um grande campo. Depois de executar simulações de computador em um computador PPPL chamado "Dawson", os cientistas descobriram que pequenas perturbações podem se combinar para formar uma grande perturbação quando há um monte de velocidade de corte - quando duas áreas de um fluido se movem em velocidades diferentes. "Usamos uma variedade de métodos computacionais e analíticos para abordar o problema de alguns ângulos diferentes", disse Squire.
A equipe usada pela primeira vez chamados simulações estatísticos, que criam um tipo de média do comportamento da totalidade do sistema. "Simulações estatísticos capturar as propriedades de centenas de simulações sem realmente executar todos eles", disse Bhattacharjee. Os cientistas também usaram simulações numéricas que começam com condições iniciais que estão autorizados a progredir em corridas mais longas.
"Os resultados indicam que as flutuações magnéticas de pequena escala pode criar campos magnéticos de grande escala que persistem", disse Bhattacharjee. "Mas, para ser conclusivo sobre a persistência de longos tempos, temos de executar simulações para muito baixa dissipação," uma medida de perda de energia. "É impossível para executar simulações para dissipação tão baixos quanto os de plasmas astrofísicos reais, mas os nossos resultados analíticos e computacionais, na faixa em que elas são feitas, sugerem fortemente que tal ação dínamo é possível."
Estas descobertas podem levar a uma maior compreensão do comportamento de muitos tipos de fenômenos astronômicos, incluindo os discos de material que formam em torno de buracos negros e do ciclo solar de 11 anos de nosso próprio sol. Os programas de computador ainda não pode simular estes fenômenos astronômicos vastos, de modo a aprender como criar modelos simplificados que capturam o funcionamento desses grandes sistemas turbulentos seria útil.
PPPL, em Forrestal Campus da Universidade de Princeton Plainsboro em, NJ, é dedicado à criação de novo conhecimento sobre a física dos plasmas - ultra-quente, carregada gases - e para o desenvolvimento de soluções práticas para a criação de energia de fusão.
O Galaxy diário via Laboratório de Física de Plasma DOE / Princeton
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