“Güneş Sistemi Boyunca Manyetik Yeniden Bağlantı” konulu NASA’nın Kavramsal Görüntü Laboratuvarından ekran görüntüsü. Manyetik yeniden bağlanma, anti-paralel manyetik alanlar (bu durumda güneş patlamalarında bulunur) çarpıştığında, kırıldığında ve yeniden hizalandığında gerçekleşir. Süreç, parçacıkları uzaya fırlatan yüksek enerjili bir patlama üretir. Kredi: NASA Kavramsal Görüntü Laboratuvarı
Bilim adamları, temel bir astronomik fenomen olan manyetik yeniden bağlanmanın altında yatan mekanizmaları araştırmak için minyatür güneş patlamalarını simüle etmek için on iki yüksek güçlü lazer ışını kullandılar. Sanılanın aksine evren boş değildir. “Uzayın uçsuz bucaksız boşluğu” ifadesine rağmen, evren yüklü parçacıklar, gazlar ve kozmik ışınlar gibi çeşitli maddelerle doludur. Gök cisimleri kıt görünse de, evren etkinlikle doludur.
Uzayda parçacıkların ve enerjinin bu tür sürücülerinden biri, manyetik yeniden bağlanma adı verilen bir olgudur. Adından da anlaşılacağı gibi, manyetik yeniden bağlanma, iki anti-paralel manyetik alanın – zıt yönlere giden iki manyetik alanda olduğu gibi – çarpışması, kırılması ve yeniden hizalanmasıdır. Kulağa ne kadar zararsız gelse de sakin bir süreçten uzaktır. “Bu fenomen evrenin her yerinde görülüyor. Evde, onları güneş patlamalarında veya Dünya’nın manyetosferinde görebilirsiniz. Kyushu Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Fakültesi’nde yardımcı doçent ve çalışmanın ilk yazarı olan Taichi Morita, bir güneş patlaması oluştuğunda ve bir parlamayı ‘kıstırdığı’ göründüğünde, bu manyetik bir yeniden bağlantıdır” diye açıklıyor. “Aslında, auroralar, Dünya’nın manyetik alanındaki manyetik yeniden bağlantıdan dışarı atılan yüklü parçacıkların bir sonucu olarak oluşuyor.” Bununla birlikte, yaygın olarak ortaya çıkmasına rağmen, fenomenin arkasındaki mekanizmaların çoğu bir sırdır. gibi çalışmalar yapılıyor. NASAManyetik yeniden bağlantıların Dünya’nın manyetosferine gönderilen uydular tarafından gerçek zamanlı olarak incelendiği Manyetosferik Çok Ölçekli Misyonu. Bununla birlikte, yeniden bağlanma hızı veya manyetik alandan gelen enerjinin nasıl dönüştürüldüğü ve parçacıklara nasıl dağıtıldığı gibi şeyler plazma açıklanamayan kalır.
Uyduları uzaya göndermenin bir alternatifi, lazerler kullanmak ve manyetik yeniden bağlantılar üreten yapay olarak plazma arkları oluşturmaktır. Bununla birlikte, uygun lazer gücü olmadan, üretilen plazma olguyu doğru bir şekilde incelemek için çok küçük ve kararsızdır. “Gerekli güce sahip bir tesis, Osaka Üniversitesi’nin Lazer Mühendisliği Enstitüsü ve onların Gekko XII lazeridir. Bu, çalışmamız için yeterince kararlı plazma üretebilen devasa 12 ışınlı, yüksek güçlü bir lazer,” diye açıklıyor Morita. “Yüksek enerjili lazerler kullanarak astrofiziksel olayları incelemeye ‘lazer astrofizik deneyleri’ denir ve bu son yıllarda gelişmekte olan bir metodoloji olmuştur.” Deneylerinde, bildirilen Fiziksel İnceleme E, anti-paralel manyetik alanlara sahip iki plazma alanı oluşturmak için yüksek güçlü lazerler kullanıldı. Ekip daha sonra düşük enerjili bir lazeri, manyetik alanların buluşacağı ve teorik olarak manyetik yeniden bağlanmanın meydana geleceği plazmanın merkezine odakladı. “Aslında bir güneş patlamasının dinamiklerini ve koşullarını yeniden yaratıyoruz. Bununla birlikte, bu düşük enerjili lazerden gelen ışığın nasıl dağıldığını analiz ederek plazma sıcaklığı, hız, iyon değeri, akım ve plazma akış hızı gibi her türlü parametreyi ölçebiliriz,” diye devam ediyor Morita.
En önemli bulgularından biri, manyetik alanların birleştiği yerde elektrik akımlarının ortaya çıkışını ve yok oluşunu kaydetmekti, bu da manyetik yeniden bağlanmayı gösteriyordu. Ek olarak, plazmanın hızlanması ve ısınması hakkında veri toplayabildiler. Ekip, analizlerine devam etmeyi planlıyor ve bu tür ‘lazer astrofizik deneylerinin’ astrofiziksel olayları araştırmak için alternatif veya tamamlayıcı bir yol olarak daha kolay kullanılmasını umuyor. “Bu yöntem, astrofiziksel şok dalgaları, kozmik ışın ivmesi ve manyetik türbülans gibi her türlü şeyi incelemek için kullanılabilir. Bu fenomenlerin birçoğu elektrikli cihazlara ve insan vücuduna zarar verebilir ve bunları bozabilir,” diye bitiriyor Morita. “Yani, uzay yolculuğu yapan bir yarış olmak istiyorsak, bu ortak kozmik olayları anlamak için çalışmalıyız.” Referans: “Manyetik yeniden bağlanma araştırması için lazerle üretilmiş plazmaların kendi kendine oluşturulmuş bir antiparalel manyetik alanında akım levhası ve iki kutuplu iyon akışlarının tespiti”, yazan T. Morita, T. Kojima, S. Matsuo, S. Matsukiyo, S. Isayama , R. Yamazaki, SJ Tanaka, K. Aihara, Y. Sato, J. Shiota, Y. Pan, K. Tomita, T. Takezaki, Y. Kuramitsu, K. Sakai, S. Egashira, H. Ishihara, O. Kuramoto, Y. Matsumoto, K. Maeda ve Y. Sakawa, 10 Kasım 2022, Fiziksel İnceleme E.
Çalışma, Japonya Bilimi Teşvik Derneği tarafından finanse edildi.
Bilim adamları, manyetik yeniden bağlanma sürecini incelemek için minyatür güneş patlamaları oluşturmak için güçlü lazer ışınları kullanırlar.
DOI: 10.1103/PhysRevE.106.055207