Рисунок: Изображения плазменной эмиссии показывают плазмоиды и похожие на каучуки черты, характерные для магнитных пересоединений. Фото: Университет Осаки

Трудно одновременно получать микро- и макроскопическую информацию в космическом пространстве. Глобальные изображения отдаленных астрофизических явлений предоставляют макроскопическую информацию, однако местная информация недоступна. Напротив, наблюдения in situ с помощью космических аппаратов обеспечивают микроскопическую информацию о таких явлениях, как магнитосфера Земли, но трудно получить глобальную информацию в ближнем космосе.

Экспериментально исследованы космические и астрофизические явления в так называемой «лабораторной астрофизике», относительно новой области, появившейся в Университете Осаки, которая была принята и развита во всем мире.

Исследовательская группа, возглавляемая Ясухиро Курамицу в Университете Осаки, впервые обнаружила магнитное пересоединение, вызванное электронной динамикой впервые в лазерной плазме с использованием лазерного оборудования Gekko XII в Институте лазерной техники Университета Осаки. Магнитное пересоединение является существенным фактором во вселенной, где антипараллельные компоненты магнитных полей снова соединяются и выделяют магнитную энергию в виде кинетической энергии плазмы. Динамика электронов считается существенной в процессе запуска магнитного пересоединения; однако было очень сложно наблюдать электронно-масштабную микроскопическую информацию вместе с макроскопической структурой пересоединения в космическом пространстве.

Исследовательская группа применила слабое магнитное поле к лазерной плазме, так что только электроны непосредственно связаны с магнитным полем. Коллимация плазмы наблюдалась с интерферометрией только при приложении магнитного поля, т. е. Магнитное поле искажалось давлением плазмы и локальным антипараллельным. При дальнейшем применении внешнего давления с окружающей плазмой наблюдался плазмоид, связанный с каспарными особенностями, путем визуализации выбросов плазмы. Сплазоид распространяется по скорости Альфвена, определяемой массой электрона, что указывает на магнитное пересоединение, обусловленное динамикой электронов.

Результаты этого исследования прольют свет на роль электронов в лабораторной плазме. Поскольку пространственно-временные масштабы электронов намного меньше, чем у ионов, очень сложно разрешать явления электронного масштаба при визуализации глобальных структур явлений. Это также имеет место в космическом пространстве, так как было трудно получить микроскопическую и макроскопическую информацию одновременно. В этом исследовании сила магнитного поля контролируется только для того, чтобы электроны могли соединяться с магнитным полем. Это уникальная и мощная функция лабораторного эксперимента, и, таким образом, лабораторная астрофизика может быть альтернативным инструментом для исследования космических и астрофизических явлений. Роль динамики электронов важна не только для магнитного пересоединения, но и для различных явлений во Вселенной и в лаборатории, включая плазму плавления. Знание больше о Вселенной приведет к новым технологиям в будущем.

По материалам phys.org