新的超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬探索了磁重新連接并做出了令人驚訝的發(fā)現(xiàn)

磁力重新連接是整個(gè)宇宙中發(fā)生的過程，其中磁力線撕裂并重新聚集在一起，釋放大量動(dòng)能。這個(gè)過程引起了極光，太陽耀斑和地磁風(fēng)暴，可能破壞地球上的手機(jī)服務(wù)和電網(wǎng)。然而，磁重連接研究的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是彌合這些大型天體物理場(chǎng)景與可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的小型實(shí)驗(yàn)之間的差距。

現(xiàn)在，研究人員通過巧妙的實(shí)驗(yàn)和尖端的模擬相結(jié)合，克服了這一障礙。通過這樣做，他們發(fā)現(xiàn)了通用過程“比爾曼電池效應(yīng)”的先前未知的作用，該過程以意想不到的方式影響了磁重新連接。

比爾曼電池效應(yīng)是遍及我們宇宙的磁場(chǎng)的可能種子，會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生這些磁場(chǎng)的電流。通過計(jì)算機(jī)模擬得出的令人驚訝的發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)?shù)厍虼艑优c天體等離子體相互作用時(shí)，這種效應(yīng)在重新連接中起著重要作用。該效果首先生成磁力線，然后反轉(zhuǎn)角色并將其像剪刀一樣切成橡皮筋。然后，將切片的字段從原始重新連接點(diǎn)重新連接。

該模擬對(duì)中國(guó)研究高能密度等離子體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果建模，該等離子體在極端壓力狀態(tài)下起作用。實(shí)驗(yàn)使用激光從固體金屬靶吹出一對(duì)等離子體氣泡。三維等離子體的仿真(圖1)跟蹤了氣泡的膨脹和Biermann效應(yīng)產(chǎn)生??的磁場(chǎng)，跟蹤了磁場(chǎng)的碰撞以產(chǎn)生磁重連。研究人員在橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)能源部橡樹嶺領(lǐng)導(dǎo)力計(jì)算設(shè)施的Titan超級(jí)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行了這些模擬。

普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室等離子體物理項(xiàng)目的研究生杰克遜·馬特奇(Jackson Matteucci)說，該結(jié)果“為復(fù)制實(shí)驗(yàn)室在天體等離子體中觀察到的重新連接提供了一個(gè)新平臺(tái)。”

通過彌合實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與天體物理過程之間的傳統(tǒng)鴻溝，這些結(jié)果開啟了理解宇宙的新篇章。