Riconnessione magnetica, un processo in cui le linee del campo magnetico si strappano e tornano insieme, rilasciando grandi quantità di energia cinetica, avviene in tutto l'universo. Il processo dà origine alle aurore, brillamenti solari e tempeste geomagnetiche che possono interrompere il servizio di telefonia cellulare e le reti elettriche sulla Terra. Una sfida importante nello studio della riconnessione magnetica, però, sta colmando il divario tra questi scenari astrofisici su larga scala e gli esperimenti su piccola scala che possono essere fatti in laboratorio.

I ricercatori hanno ora superato questa barriera attraverso una combinazione di esperimenti intelligenti e simulazioni all'avanguardia. Così facendo, hanno scoperto un ruolo precedentemente sconosciuto per un processo universale chiamato "effetto batteria Biermann, " che risulta avere un impatto sulla riconnessione magnetica in modi inaspettati.

L'effetto batteria Biermann, un possibile seme per i campi magnetici che pervadono il nostro universo, genera una corrente elettrica che produce questi campi. Le scoperte a sorpresa, realizzato attraverso simulazioni al computer, mostrano che l'effetto può svolgere un ruolo significativo nella riconnessione che si verifica quando la magnetosfera terrestre interagisce con i plasmi astrofisici. L'effetto prima genera linee di campo magnetico, ma poi inverte i ruoli e li taglia come le forbici che affettano un elastico. I campi affettati quindi si riconnettono lontano dal punto di riconnessione originale.

Le simulazioni hanno modellato i risultati di esperimenti in Cina che hanno studiato i plasmi ad alta densità di energia, la materia in condizioni estreme di pressione. Gli esperimenti hanno utilizzato i laser per far esplodere un paio di bolle di plasma da un bersaglio di metallo solido. Simulazioni del plasma tridimensionale (Figura 1) hanno tracciato l'espansione delle bolle e dei campi magnetici che l'effetto Biermann ha creato, tracciare la collisione dei campi per produrre la riconnessione magnetica. I ricercatori hanno eseguito queste simulazioni sul supercomputer Titan presso l'Oak Ridge Leadership Computing Facility del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti presso l'Oak Ridge National Laboratory.

I risultati "forniscono una nuova piattaforma per replicare la riconnessione osservata nei plasmi astrofisici in laboratorio, "ha detto Jackson Matteucci, uno studente laureato nel programma di fisica del plasma presso il Princeton Plasma Physics Laboratory che ha guidato la ricerca.

Colmando il tradizionale divario tra esperimenti di laboratorio e processi astrofisici, questi risultati aprono un nuovo capitolo negli sforzi per comprendere l'universo.