Al contrario de lo que mucha gente cree, el espacio exterior no está vacío. Además de una sopa de iones y electrones cargada eléctricamente conocida como plasma, el espacio está impregnado de campos magnéticos con una amplia gama de fuerzas. Los astrofísicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo se producen esos campos, sostenido, y magnificada. Ahora, Los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han demostrado que la turbulencia del plasma podría ser la responsable, proporcionando una posible respuesta a lo que se ha llamado uno de los problemas sin resolver más importantes de la astrofísica del plasma.

Los investigadores utilizaron poderosas computadoras en el Instituto de Ciencia e Ingeniería Computacional de Princeton (PICSciE) y el Centro de Computación Científica de Investigación de Energía Nacional (NERSC) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE para simular cómo la turbulencia podría intensificar los campos magnéticos a través de lo que se conoce como el efecto dinamo, en el que los campos magnéticos se vuelven más fuertes a medida que las líneas del campo magnético se retuercen y giran. "Este trabajo constituye un paso importante para responder por primera vez a la pregunta de si la turbulencia puede amplificar los campos magnéticos a fuerzas dinámicas en un clima cálido, plasma diluido, como el que reside dentro de cúmulos de galaxias, "dijo Matthew Kunz, profesor de astrofísica en la Universidad de Princeton y autor del artículo, que fue publicado en Las cartas del diario astrofísico .

Las investigaciones anteriores se han centrado en las dínamos, ya que podrían ocurrir en los llamados plasmas de colisión, en el que las partículas se comportan colectivamente como un fluido. Pero los plasmas intergalácticos no tienen colisiones, por lo que los experimentos pasados ​​no son necesariamente relevantes. Esta nueva investigación está destinada a abordar esa brecha. "Queríamos ver cómo se comportaría la dínamo en el régimen sin colisiones, "dijo Denis St-Onge, estudiante de posgrado en el Programa de Princeton en Física del Plasma en PPPL y autor principal del artículo.

St-Onge y Kunz se centraron en las formas en que las velocidades y los campos magnéticos de las partículas individuales dentro del plasma sin colisiones están directamente relacionados. Este vínculo:si una cantidad aumenta o disminuye, el otro debe, también, parecería descartar la existencia de una dínamo. "Si esta fuera toda la historia, sería desastroso para la dinamo, "dijo St-Onge." Para igualar lo que observamos en el espacio, la dínamo tendría que aumentar la fuerza del campo magnético de la semilla en al menos un factor de un billón, pero la energía de las partículas también debería aumentar, y simplemente no hay suficiente energía disponible en la dínamo para que eso suceda ".

Para producir la fuerza de los campos magnéticos observados en el espacio, el lazo que une la energía de las partículas al magnetismo debe romperse. Esto es justo lo que observaron St-Onge y Kunz en las simulaciones por computadora:que los tipos de turbulencia de plasma conocidos como inestabilidades de espejo y manguera de fuego hicieron que las partículas de plasma se dispersaran, y la dispersión rompió el vínculo entre la energía de las partículas y el magnetismo y permitió que las amplitudes de los campos magnéticos se acercaran más a lo que se observa en la naturaleza.

Investigación futura, St-Onge señala, se centrará en por qué se produce esta dispersión turbulenta. "Además, nos gustaría investigar los detalles de la dispersión de partículas, "Dijo St-Onge." ¿Cómo exactamente las inestabilidades hacen que las partículas se dispersen? con qué frecuencia ocurre la dispersión, ¿Y puede la dispersión conducir a un repentino, crecimiento dramático de un campo magnético? La última idea es una noción propuesta por el director de PPPL, Steven Cowley, hace años. Nos gustaría investigar si esto es cierto ".