新的超級計算機模擬探索了磁重新連接并做出了令人驚訝的發(fā)現(xiàn)

磁力重新連接是整個宇宙中發(fā)生的過程，其中磁力線撕裂并重新聚集在一起，釋放大量動能。這個過程引起了極光，太陽耀斑和地磁風(fēng)暴，可能破壞地球上的手機服務(wù)和電網(wǎng)。然而，磁重連接研究的一個主要挑戰(zhàn)是彌合這些大型天體物理場景與可以在實驗室中進行的小型實驗之間的差距。

現(xiàn)在，研究人員通過巧妙的實驗和尖端的模擬相結(jié)合，克服了這一障礙。通過這樣做，他們發(fā)現(xiàn)了通用過程“比爾曼電池效應(yīng)”的先前未知的作用，該過程以意想不到的方式影響了磁重新連接。

比爾曼電池效應(yīng)是遍及我們宇宙的磁場的可能種子，會產(chǎn)生產(chǎn)生這些磁場的電流。通過計算機模擬得出的令人驚訝的發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)?shù)厍虼艑优c天體等離子體相互作用時，這種效應(yīng)在重新連接中起著重要作用。該效果首先生成磁力線，然后反轉(zhuǎn)角色并將其像剪刀一樣切成橡皮筋。然后，將切片的字段從原始重新連接點重新連接。

該模擬對中國研究高能密度等離子體的實驗結(jié)果建模，該等離子體在極端壓力狀態(tài)下起作用。實驗使用激光從固體金屬靶吹出一對等離子體氣泡。三維等離子體的仿真(圖1)跟蹤了氣泡的膨脹和Biermann效應(yīng)產(chǎn)生??的磁場，跟蹤了磁場的碰撞以產(chǎn)生磁重連。研究人員在橡樹嶺國家實驗室的美國能源部橡樹嶺領(lǐng)導(dǎo)力計算設(shè)施的Titan超級計算機上執(zhí)行了這些模擬。

普林斯頓等離子體物理實驗室等離子體物理項目的研究生杰克遜·馬特奇(Jackson Matteucci)說，該結(jié)果“為復(fù)制實驗室在天體等離子體中觀察到的重新連接提供了一個新平臺。”

通過彌合實驗室實驗與天體物理過程之間的傳統(tǒng)鴻溝，這些結(jié)果開啟了理解宇宙的新篇章。