Plus de 99% de l'univers visible existe dans un état surchauffé connu sous le nom de plasma, un gaz ionisé d'électrons et d'ions. Le mouvement de ces particules chargées produit des champs magnétiques qui forment une toile magnétique interstellaire. Ces champs magnétiques sont importants pour un large éventail de processus, de la formation des galaxies et de la formation des étoiles au contrôle du mouvement et de l'accélération des particules de haute énergie comme les rayons cosmiques, des protons et des électrons qui traversent l'univers à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

Dans des recherches antérieures, les scientifiques ont découvert que dans les régions où des électrons de haute énergie sont produits, les champs magnétiques sont intensifiés. Mais jusqu'à maintenant, la façon dont les particules énergétiques affectent les champs magnétiques n'était pas bien comprise. Dans un article publié en couverture de Lettres d'examen physique en mai, des chercheurs du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie montrent comment les électrons peuvent amplifier des champs magnétiques à des intensités beaucoup plus élevées que celles connues auparavant.

Le mouvement des électrons transporte un courant électrique, qui produit des champs magnétiques. D'habitude, les charges du plasma de fond interfèrent avec ce courant en se déplaçant de manière à l'annuler, rendant les champs magnétiques puissants difficiles à produire. A l'aide de simulations numériques et de modèles théoriques, les chercheurs ont découvert que les électrons à haute énergie peuvent en fait expulser le plasma de fond pour créer un trou, rendant plus difficile pour le plasma d'annuler leur courant.

"Comme le courant est exposé, de puissants champs magnétiques sont produits qui repoussent davantage le plasma de fond, créer des trous plus grands, laissant plus de courant exposé, et produisant des champs magnétiques encore plus puissants, " dit Ryan Peterson, un doctorat étudiant à l'Université de Stanford et au SLAC qui est le premier auteur de la publication. "Finalement, ces champs magnétiques deviennent si puissants qu'ils courbent les électrons et les ralentissent."

Ce processus pourrait potentiellement être en jeu dans les événements électromagnétiques les plus brillants et les plus énergétiques de l'univers :des explosions extrêmes connues sous le nom de sursauts gamma. Les observations suggèrent que les champs magnétiques doivent être considérablement amplifiés par les particules énergétiques pour produire le rayonnement observé mais, jusqu'à maintenant, la façon dont le champ est intensifié a été un mystère.

« A chaque fois qu'un nouveau processus fondamental est identifié, elle peut avoir des conséquences et des applications importantes dans différents domaines de recherche, " dit Frederico Fiuza, un scientifique qui a travaillé sur cette recherche et dirige le groupe de théorie scientifique à haute densité d'énergie au SLAC. "Dans ce cas, l'amplification du champ magnétique par des électrons de haute énergie est connue pour être importante non seulement pour les environnements astrophysiques extrêmes, comme les sursauts gamma, mais aussi pour des applications de laboratoire basées sur des faisceaux d'électrons."

Les chercheurs travaillent actuellement sur de nouvelles simulations pour mieux comprendre le rôle que ce processus peut jouer dans les sursauts gamma. Ils espèrent également trouver des moyens de le reproduire dans une expérience de laboratoire, ce qui constituerait une étape importante dans le développement de sources de rayonnement compactes à haute énergie. Ces sources permettraient aux scientifiques de prendre des photos de la matière à l'échelle atomique avec une résolution extrêmement élevée pour des applications en médecine, biologie et recherche sur les matériaux.