Физики представили новую теорию магнитных пересоединений

Исследователи из Принстонского университета предложили новаторскую теорию, описывающую быстрые пересоединения магнитных линий — феномен в области физики плазмы, долгое время не поддававшийся объяснению. Этой теории посвящена статья в октябрьском номере журнала Physics of Plasmas.

Магнитное поле сильно взаимодействует со средами с большой электрической проводимостью, например с плазмой — состоянием материи, в котором находится большинство вещества в видимой Вселенной. В таких ситуациях говорят, что линии магнитного поля «вморожены» в плазму, двигаясь вместе с ней. Пересоединение происходит когда линии магнитного поля скрещиваются, распадаются и заново замыкаются. Этот процесс сопровождается выделением энергии и происходит в тонких слоях с большой плотностью электрического тока. Согласно стандартной теории, такие слои могут быть сильно вытянутыми и существенно подавлять темп пересечений магнитных линий, таким образом предотвращая быстрые пересоединения. С этим явлением связано множество наблюдаемых феноменов, таких как солнечные вспышки, северные сияния и космические гамма-всплески, которые происходят гораздо быстрее, чем предсказывает теория.

Лука Комиссо и его группа из Принстона представили механизм, который может быть ответственен за быстрые пересоединения. Они обратили особое внимание на «плазмоидную неустойчивость» — процесс, посредством которого плазменные токовые слои распадаются на небольшие участки (плазмоиды). В работе описана временная эволюция этой неустойчивости, которая начинается с медленной линейной фазы, сменяющейся состоянием покоя, после которого следует активная фаза, вызывающая существенный рост темпа пересоединений.

Физики смогли вывести уравнения, описывающие продолжительность спокойной фазы, а также вычислить скорость роста и количество получающихся плазмоидов. Вместе с тем, из статьи следует неожиданный результат: полученные зависимости не являются степенными функциями параметров, обычными для многих разделов науки, а описываются более сложными формулами.