Las fuerzas magnéticas ondulan por todo el universo, desde los campos que rodean los planetas hasta los gases que llenan las galaxias, y puede ser lanzado por un fenómeno llamado efecto de batería de Biermann. Ahora, los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han descubierto que este fenómeno no solo puede generar campos magnéticos, pero puede cortarlos para desencadenar una reconexión magnética, un descubrimiento notable y sorprendente.

El efecto batería de Biermann, una posible semilla para los campos magnéticos que impregnan nuestro universo, surge en los plasmas —el estado de la materia compuesta por electrones libres y núcleos atómicos— cuando la temperatura y la densidad del plasma están desalineadas. La parte superior de tales plasmas puede estar más caliente que la parte inferior, y la densidad puede ser mayor en el lado izquierdo que en el derecho. Esta desalineación da lugar a una fuerza electromotriz que genera una corriente que conduce a campos magnéticos. El proceso lleva el nombre de Ludwig Biermann, un astrofísico alemán que 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 la reconexión violenta de las líneas del campo magnético en los plasmas que da lugar a la aurora boreal. erupciones solares y tormentas espaciales geomagnéticas que pueden 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, estudiante de posgrado en el Programa de Física del Plasma en PPPL y autor principal de una descripción del proceso en Physical Review Letters. Los 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 el plasma de alta densidad de energía (HED), materia sometida a una presión extrema como la que existe en el núcleo de la Tierra. Los experimentos en el que PPPL no participó, utilizó láseres para hacer estallar un par de burbujas de plasma de 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 rastreó la colisión de los campos para producir una reconexión magnética.

Las simulaciones mostraron que la temperatura se disparó en las líneas de campo reconectadas e invirtió el papel del efecto Biermann que originó las líneas. Debido al pico, el efecto Biermann destruyó las líneas de campo magnético que había creado, cortándolos como un par de tijeras cortando una goma elástica. Los campos cortados luego 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 se había conocido antes ".

Seguimiento de miles de millones de iones y electrones

Modelar los experimentos de HED requirió rastrear miles de millones de iones y electrones que interactúan entre sí y con los campos eléctricos y magnéticos que crea su movimiento. en lo que se llama simulaciones cinéticas 3-D. Los investigadores llevaron a cabo estas simulaciones en la supercomputadora Titan en la Instalación de Computación de Liderazgo de DOE Oak 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 Energía Láser (LLE) de la Universidad de Rochester y la Instalación Nacional de Ignición en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.