Universum anses vara en extremt magnetisk plats, där många planeter och stjärnor har sina egna magnetfält. Astrofysiker har länge studerat dessa fantastiska fenomen, skapar teorier som kan förklara själva skapande mekanismen.
Med hjälp av ett av de mest kraftfulla lasersystemen i världen bekräftade forskare från University of Chicago experimentellt en av de mest populära teorierna för att skapa ett kosmiskt magnetfält - den turbulenta dynamo. Efter att ha bildat en varm turbulent plasma, en pennstorlek och varade flera miljarder fraktioner av en sekund, bestämde forskarna hur turbulenta rörelser stärker det svaga magnetfältet till de styrkor som observerades i vår sol och i avlägsna galaxer.
För analysen använde vi FLASH-simuleringskoden, och själva experimentet genomfördes på OMEGA Laser Facility (Rochester, New York), där de återskapade dynamoens turbulenta förhållanden. Experimentet visade att turbulent plasma kan dramatiskt öka det svaga magnetfältet till storleken observerad i stjärnor och galaxer.
Nu vet forskare att det finns en turbulent dynamo och det här är en av de mekanismer som faktiskt förklarar universalisternas magnetisering. Den mekaniska dynamoen skapar en elektrisk ström genom rotationen av spolarna i ett magnetfält. I astrofysik pekar dynamo-teorin motsatt: rörelsen hos en elektriskt ledande vätska skapar och upprätthåller ett magnetfält. I början av 1900-talet föreslog Joseph Larm att en sådan mekanism skulle kunna förklara markbunden och solmagnetism och öppna diskussionen för många forskare. Numerisk modellering indikerade möjligheten för turbulent plasma att generera magnetfält på en stellär skala, men att skapa en turbulent dynamo i laboratoriet är mycket svårare. För att bekräfta teorin måste du ta plasman vid extremt höga temperaturförhållanden. Samtidigt måste det finnas inkonsekvens för att skapa en tillräcklig nivå av turbulens.
För att genomföra experimentet använde forskare flera hundra 3D-simuleringar med FLASH på Mira superdatorn. Den slutliga installationen inkluderade explosiva delar av folien med högeffektslasrar som rörde två plasmastrålar genom gallren och bildade därigenom en turbulent rörelse av vätskan.
Teamet använde också FLASH-modellerna för att utveckla två oberoende metoder för att mäta magnetfältet som skapats av plasma: protonradiografi och polariserat ljus. Båda mätningarna spårade tillväxten av ett magnetiskt nanosekundfält från ett svagt starttillstånd till en ökning på mer än 100 kilogauss (en miljon gånger starkare än jordens magnetfält).
Med detta arbete kan man experimentellt testa idéer om magnetfältets ursprung i rymden. Nu kan forskare studera djupare frågor: hur snabbt ökar magnetfältet, hur stark är regionen och hur förändras turbulensen?
