Les scientifiques sont plus près que jamais de démêler un processus appelé reconnexion magnétique qui déclenche des phénomènes explosifs dans tout l'univers. Éruptions solaires, les aurores boréales et les tempêtes géomagnétiques qui peuvent perturber le service de téléphonie mobile et les pannes de courant sont toutes déclenchées par des lignes de champ magnétique qui convergent, se séparer et se reconnecter violemment d'une manière qui n'est pas entièrement comprise.
Aujourd'hui, les physiciens Masaaki Yamada du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l'énergie (DOE) et Ellen Zweibel de l'Université du Wisconsin-Madison ont fourni une perspective majeure sur quatre problèmes clés de la reconnexion magnétique dans un article publié le 7 décembre dans le revue britannique Actes de la Royal Society A . Leurs recherches portent sur la façon dont les lignes de champ intégrées dans le plasma, le chaud, gaz chargé composé d'électrons et de noyaux atomiques (ou ions) qui représente 99 % de l'univers visible, se comporter comme ils le font. Les résultats sont pertinents à la fois pour l'astrophysique et les expériences de fusion à commande magnétique, laquelle la reconnexion peut s'arrêter.
Le vaste, papier de 30 pages, que le journal a invité, améliore la compréhension de quatre énigmes profondes et de longue date :
Yamada et Zweibel, lauréats du prix James Clerk Maxwell en physique des plasmas en 2015 et 2016, respectivement, adopter une approche globale de ces questions. Le prix, décerné par l'American Physical Society Division of Plasma Physics, honore leurs contributions à la dynamique de la reconnexion et à l'astrophysique des plasmas. Leur article combine des données glanées à partir d'observations par satellite et de l'expérience de reconnexion magnétique (MRX) au PPPL, avec la théorie et la simulation informatique, pour fournir une vue détaillée de ces processus déroutants.
Sur le problème des taux, les auteurs notent que deux voies vers une reconnexion rapide ont été identifiées. En premier, une reconnexion rapide a lieu lorsque les électrons magnétisés et les ions démagnétisés se comportent différemment, provoquant un phénomène appelé effet Hall dans la couche de reconnexion. Dans la seconde, un processus appelé instabilité plasmoïde brise les couches minces de courant en îlots magnétiques qui produisent une reconnexion rapide (voir l'article connexe ici). " écrivent les auteurs.
Il y a aussi beaucoup de travail à faire sur le problème de déclenchement, ont noté Zweibel et Yamada. La formation d'une mince nappe de courant a longtemps été considérée comme une condition préalable à une reconnexion rapide, ils écrivent. Cependant, distribution de l'énergie qui éclate dans les éruptions solaires "est une observation clé que les théories déclencheurs doivent expliquer, " déclarent-ils, et identifier la loi de puissance derrière la distribution "reste un objectif lointain mais important". Dans les lois de puissance, une forme d'énergie varie comme la puissance d'une autre.
En ce qui concerne le problème énergétique, des progrès importants ont été accomplis récemment, disent les auteurs. Les expériences menées sur le MRX au PPPL montrent que la reconnexion convertit environ 50 pour cent de l'énergie magnétique, avec un tiers de la conversion accélérant les électrons et les deux tiers accélérant les ions dans le plasma. "Ces résultats soulèvent la question de savoir s'il existe un principe universel de partage de l'énergie convertie, un problème important pour les recherches futures, " ils écrivent.
Une explication du problème d'échelle, dans lequel de minuscules microprocessus produisent de grands effets globaux, « reste extrêmement difficile, " déclarent les auteurs. Néanmoins, beaucoup de "progrès importants" ont été accomplis. Alors que les déclencheurs de reconnexion sont pour la plupart mondiaux, les sources de conversion d'énergie peuvent être globales ou à petite échelle. Par conséquent, "La présence d'un continuum d'échelles couplées de microscopique à macroscopique peut être le chemin le plus probable vers une reconnexion rapide."
Aller de l'avant, les auteurs écrivent que, « les perspectives de progrès futurs dépendent de la poursuite et du succès des innovations méthodologiques. La combinaison d'expériences en laboratoire, les mesures du plasma spatial et les simulations numériques s'avèrent particulièrement réussies. » De tels développements conduiront les futures recherches à se concentrer « sur les caractéristiques spécialisées des plasmas naturels dans l'univers ».
