ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar (PPPL) dönen kütlelerde bir süreç ortaya çıkarmışlardır. plazma daha önce açıklanamayan ışık ve ısı emisyonlarına neden olabilen çevredeki kara delikler ve nötron yıldızları.
Manyetik yeniden bağlantı olarak bilinen süreç, aynı zamanda milyarlarca mil uzunluğundaki büyük plazma bulutlarını da fırlatır. Bu bulgular, evrendeki temel astrofiziksel süreçlerin temel bilgilerini geliştirme potansiyeline sahiptir. Maddenin dördüncü hali olarak da bilinen plazma, serbest yüzen elektronlardan ve atom çekirdeğinden veya iyonlardan oluşur ve gözlemlenebilir evrenin yüzde 99’unu oluşturur. Bilim adamları, astrofiziksel özelliklerini incelemenin yanı sıra, güneş ve yıldızların muazzam enerjisini üreten füzyon reaksiyonlarından yararlanmak için tokamak olarak bilinen halka şeklindeki cihazlarda plazmayı içermenin yollarını araştırıyorlar. Füzyonun Dünya üzerinde kopyalanması, elektrik üretmek için neredeyse sınırsız bir enerji kaynağı sunabilir.
Yeniden bağlanma, manyetik alan çizgileri koptuğunda ve yeniden birleştiğinde ortaya çıkar ve enerji açığa çıkar. Süreç bilim adamlarını ilgilendiriyor çünkü ışık yıllarını kapsayan plazma kütlelerinden laboratuvarlardaki masa üstü deneylere kadar tüm evrende gerçekleşiyor gibi görünüyor. Araştırmacılar, manyetorotasyonel kararsızlık (MRI) olarak bilinen plazmadaki bir kıpırdamanın manyetik alanları bir araya getirdiğini bulmak için yeni bir model ve daha önce toplanmış veriler kullandılar. Toplama diskleri içinde ortaya çıkan yeniden bağlantı, gözlemlenen ısı ve ışığı serbest bırakır.
PPPL fizikçisi Fatima Ebrahimi, plazma ve yığılma disklerinin bilgisayar tarafından oluşturulmuş görüntüleri ile Kredi: Kiran Sudarsanan
PPPL fizikçisi Fatima Ebrahimi, sonuçları rapor eden bir makalenin ortak yazarı, “Bu birikim diski yeniden bağlanma süreçleri, plazma fiziği dünyasında yeni bir şey” dedi. Astrofizik Dergisi Mektupları. “Sayısal veriler uzun süredir orada duruyor ve sonunda bir anlam ifade ettik!” Yeni bilgisayar simülasyonları, plazmayı öncekinden daha ayrıntılı olarak gösterdi. Diğer modeller, plazmanın yalnızca kesme kutuları olarak bilinen küçük kısımlarını simüle eder ve bulguların plazmanın geri kalanı için geçerli olduğunu varsayar. Ebrahimi, “Kesme kutuları rehberlik sağlar, ancak hikayenin tamamı değildir,” dedi.
Bu tür kutular, yeniden bağlantı sırasında tüm plazma davranışını göstermez. Öte yandan, bu araştırmada kullanılan yüksek kaliteli simülasyon, aradaki adımların çoğunu ortaya çıkardı. Makalenin baş yazarı, 2021 baharında PPPL’de DOE’nin Öğrenci Lisans Laboratuvarı Stajına (SULI) katılan, Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nde (RPI) fizik bölümünde kıdemli olan Jarrett Rosenberg’di. Rosenberg için deneyler bir tür araştırma potasıydı. Rosenberg, “Bu benim için çok yeni bir zemindi” dedi. “Okulda plazma fiziği okumamıştım ve hiç araştırma makalesi yazmamıştım. Ama bu dünyaya ayak parmağımı soktuğum için heyecanlıydım.” Gelecekte, Ebrahimi MRG’nin yığılma diski türbülansını nasıl etkilediğini, plazmadaki ısı, ışık ve hareketin disk boyunca nasıl yayıldığını etkileyebilecek rahatsızlıkları araştırmayı planlıyor. Ebrahimi, “Daha büyük simülasyonlar çalıştırmayı ve her adımda tam olarak ne olduğunu daha iyi anlamayı umuyoruz.” Dedi. “Böylece yeni fizik öğrenirsiniz ve daha sonra daha karmaşık şeyler olduğunda nedenini bilirsiniz!”
Referans: Jarrett Rosenberg ve Fatima Ebrahimi, 14 Ekim 2021, “Manyetorotasyonel Kararsızlık Sırasında Plazmoid Yeniden Bağlantısının Başlangıcı”, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac2b2e
PPPL, açık Princeton ÜniversitesiPlainsboro, NJ’deki Forrestal Kampüsü, plazmaların fiziği hakkında yeni bilgiler – ultra sıcak, yüklü gazlar – oluşturmaya ve füzyon enerjisinin yaratılması için pratik çözümler geliştirmeye adanmıştır.