Reconnexion magnétique, un processus dans lequel les lignes de champ magnétique se déchirent et se rejoignent, libérant de grandes quantités d'énergie cinétique, se produit dans tout l'univers. Le processus donne lieu à des aurores, les éruptions solaires et les tempêtes géomagnétiques qui peuvent perturber le service de téléphonie cellulaire et les réseaux électriques sur Terre. Un enjeu majeur dans l'étude de la reconnexion magnétique, cependant, comble le fossé entre ces scénarios astrophysiques à grande échelle et les expériences à petite échelle qui peuvent être réalisées en laboratoire.

Les chercheurs ont maintenant surmonté cet obstacle grâce à une combinaison d'expériences intelligentes et de simulations de pointe. Ce faisant, ils ont découvert un rôle jusqu'alors inconnu pour un processus universel appelé "effet de batterie Biermann, ", ce qui s'avère avoir un impact inattendu sur la reconnexion magnétique.

L'effet batterie Biermann, une graine possible pour les champs magnétiques qui imprègnent notre univers, génère un courant électrique qui produit ces champs. Les découvertes surprises, réalisé par des simulations informatiques, montrent que l'effet peut jouer un rôle important dans la reconnexion qui se produit lorsque la magnétosphère terrestre interagit avec les plasmas astrophysiques. L'effet génère d'abord des lignes de champ magnétique, mais inverse ensuite les rôles et les coupe comme des ciseaux coupant un élastique. Les champs tranchés se reconnectent ensuite à partir du point de reconnexion d'origine.

Les simulations ont modélisé les résultats d'expériences en Chine qui ont étudié des plasmas à haute densité d'énergie, de la matière dans des états de pression extrêmes. Les expériences ont utilisé des lasers pour faire exploser une paire de bulles de plasma à partir d'une cible métallique solide. Des simulations du plasma tridimensionnel (Figure 1) ont retracé l'expansion des bulles et les champs magnétiques créés par l'effet Biermann, suivre la collision des champs pour produire une reconnexion magnétique. Les chercheurs ont effectué ces simulations sur le supercalculateur Titan de l'Oak Ridge Leadership Computing Facility du département américain de l'Énergie au Oak Ridge National Laboratory.

Les résultats "fournissent une nouvelle plate-forme pour répliquer la reconnexion observée dans les plasmas astrophysiques en laboratoire, " a déclaré Jackson Matteucci, un étudiant diplômé du programme de physique des plasmas du laboratoire de physique des plasmas de Princeton qui a dirigé la recherche.

En comblant le fossé traditionnel entre les expériences de laboratoire et les processus astrophysiques, ces résultats ouvrent un nouveau chapitre dans les efforts pour comprendre l'univers.