14 augustus 2022

Hoe kwam het heelal eigenlijk aan z’n magnetische veld?

Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI).

Overal in het heelal zien we magnetische velden, op de schaal van atomen met deeltjes die magnetische spin hebben, via koelkasten met magneteten erop geplakt, via sterren en planeten met een magnetisch veld tot aan sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, waar zich grootschalige magnetische velden bevinden. Sterk zijn die magneetvelden meestal niet, meestal zijn de velden niet sterker dan dat van een koelkastmagneet, maar ondanks de geringe sterkte hebben ze wel invloed op allerlei processen die gaande zijn in het heelal. En de hamvraag in deze is heel simpel: waar komen die magnetische velden eigenlijk vandaan? OK, we weten al dat turbulentie in vloeistoffen bestaande magneetvelden kunnen versterken, door iets wat het dynamoproces wordt genoemd. Een turbulente dynamo kan een magneetveld versterken, maar waar kwam dan het ‘zaadje’ vandaan, het oorspronkelijke magnetische veld? Een team van onderzoekers onder leiding van Muni Zhou (MIT) is daar ingedoken en gekeken hoe een compleet onmagnetische toestand kan veranderen in een magnetische toestand, waar vervolgens via een dynamoproces sterkere magnetische velden uit kunnen voortkomen.

Fragment uit de simulatie van Zhou et al. Credit: Muni Zhou et al

In een laboratorium is het simpel: een elektrische stroom kan een magnetisch veld genereren, zoals lang geleden aangetoond door Ørsted en Ampère – de electrische velden kunnen op hun beurt ontstaan als geleiders zoals koperdraad, door een magnetisch veld bewegen. Maar zo makkelijk als in een laboratorium gaat het in het heelal niet. De aarde heeft ook een magnetisch veld en daarin zorgen convectiestromen in de mantel en de rotatie van de aarde ervoor dat het magnetische veld van de ijzernikkelkern wordt versterkt. maar ook hier geldt dat magnetische velden nodig zijn om magnetische velden te maken. Maar waar komt het eerste magnetische veld vandaan, het ‘zaad-veld’? Zhou en z’n collega’s hebben op computers numerieke simulaties uitgevoerd (zie de afbeelding hierboven) en daaruit blijkt dat de kiem blijkt te liggen bij plasma, het geïoniseerde gas tussen de sterren en sterrenstelsels, dat zeer diffuus kan zijn, met een lage dichtheid van slechts 1 deeltje per kubieke meter – ín sterren kan de dichtheid maar liefst 30 ordes van grootte hoger zijn. Door die lage dichtheid botsen de deeltjes van een plasma bijna nooit. Wat blijkt nu: door in de simulaties gedetailleerde effecten van de de dynamica van plasma op kleine schaal op grootschalige astrofysische processen op te nemen, konden ze aantonen dat de eerste magnetische velden spontaan kunnen worden geproduceerd door generieke grootschalige bewegingen, zo eenvoudig als de zogeheten schuifstromen (Engels: sheared flows). Het komt er op neer dat mechanische energie wordt omgezet in magnetische energie. De veldamplitude van een plasma kan zo van niets aangroeien tot een waarde die hoog genoeg is om het plasma magnetisch te noemen. Vanaf dat moment kan een dynamoproces er verder voor zorgen dat het magnetische veld versterkt wordt. Hier het vakartikel over de spontane creatie van magnetische velden in plasma, verschenen in de Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). Bron: Phys.org.

Comments

  1. Vreemde vraagstelling… ieder geladen deeltje dat beweegt of roteert veroorzaakt een magnetisch veld. Het is niet zo dat het een evolutie is met een locale oorsprong dat zich over het universum als een zaadje heeft uitgespreid, of we moeten terug gaan naar de ionisatieperiodes na de BB. Niettemin onderzoek dat wel wat oplevert onder een andere vraagstelling.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: