Contrariamente a quanto molti credono, lo spazio esterno non è vuoto. Oltre a una zuppa di ioni ed elettroni caricata elettricamente nota come plasma, lo spazio è permeato da campi magnetici con un'ampia gamma di forze. Gli astrofisici si sono a lungo chiesti come si producono quei campi, sostenuto, e ingrandita. Ora, scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hanno dimostrato che la turbolenza del plasma potrebbe essere responsabile, fornendo una possibile risposta a quello che è stato definito uno dei più importanti problemi irrisolti dell'astrofisica dei plasmi.

I ricercatori hanno utilizzato potenti computer presso il Princeton Institute for Computational Science and Engineering (PICSciE) e il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) presso il Lawrence Berkeley National Laboratory del DOE per simulare come la turbolenza potrebbe intensificare i campi magnetici attraverso quello che è noto come il effetto dinamo, in cui i campi magnetici diventano più forti mentre le linee del campo magnetico si attorcigliano e ruotano. "Questo lavoro costituisce un passo importante verso la risposta per la prima volta alla domanda se la turbolenza possa amplificare i campi magnetici a forze dinamiche in un ambiente caldo, plasma diluito, come quello che risiede all'interno di ammassi di galassie, "ha detto Matteo Kunz, professore di astrofisica all'Università di Princeton e autore dell'articolo, che è stato pubblicato in Le Lettere del Giornale Astrofisico .

La ricerca passata si è concentrata sulle dinamo in quanto potrebbero verificarsi nei cosiddetti plasmi collisionali, in cui le particelle si comportano collettivamente come un fluido. Ma i plasmi intergalattici sono privi di collisioni, quindi gli esperimenti passati non sono necessariamente rilevanti. Questa nuova ricerca ha lo scopo di colmare questa lacuna. "Volevamo vedere come si sarebbe comportata la dinamo in regime senza collisioni, " ha detto Denis St-Onge, studente laureato al Princeton Program in Plasma Physics presso PPPL e autore principale dell'articolo.

St-Onge e Kunz si sono concentrati sui modi in cui le velocità e i campi magnetici delle singole particelle all'interno del plasma senza collisioni sono direttamente collegati. Questo collegamento, se una quantità aumenta o diminuisce, l'altro deve, troppo, sembrerebbe escludere l'esistenza di una dinamo. "Se questa fosse l'intera storia, sarebbe disastroso per la dinamo, " ha detto St-Onge. "Per abbinare ciò che osserviamo nello spazio, la dinamo dovrebbe aumentare la forza del campo magnetico seme di almeno un fattore di un trilione, ma anche l'energia delle particelle dovrebbe aumentare, e non c'è abbastanza energia disponibile nella dinamo perché ciò accada."

Per produrre la forza dei campi magnetici osservati nello spazio, il legame che lega l'energia delle particelle al magnetismo deve essere reciso. Questo è proprio ciò che St-Onge e Kunz hanno osservato nelle simulazioni al computer:quei tipi di turbolenza del plasma noti come instabilità dello specchio e della manichetta antincendio hanno causato la dispersione delle particelle di plasma, e la dispersione ha rotto il legame tra l'energia delle particelle e il magnetismo e ha permesso alle ampiezze dei campi magnetici di avvicinarsi a ciò che si osserva in natura.

Ricerca futura, note di St-Onge, si concentrerà sul motivo per cui si verifica questa dispersione turbolenta. "Inoltre, vorremmo investigare le specifiche della dispersione delle particelle, " St-Onge ha detto. "In che modo esattamente le instabilità causano la dispersione delle particelle, quanto spesso si verifica la dispersione, e può la dispersione portare all'improvviso, drammatica crescita di un campo magnetico? L'ultima idea è una nozione proposta anni fa dal direttore di PPPL Steven Cowley. Vorremmo verificare se questo è vero".