Plazma, bir gaz yeterince yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında ortaya çıkan ve bazı elektronların atomlardan kurtulmasını isteyen bir madde durumudur. Tahminler, pulsarlar ve kara delikler de dahil olmak üzere çeşitli kozmolojik nesnelerin yakınında bulunacağını düşündüğü için, bu maddenin durumu birçok astrofizik çalışmanın odak noktası olmuştur.
Önceki araştırma bulguları, bu göksel nesnelerin etrafındaki ortamın türbülanslı olduğunu göstermektedir, bu da esasen içindeki manyetik alanların ve elektrik alanlarının birçok ölçekte kaotik olarak dalgalandığı anlamına gelir. Bu kaotik dalgalanmalar da partiküllerin hareketlerini ve ivmesini etkileyecektir.
Araştırmacılar, sayısal simülasyonlar kullanarak uzayda plazmanın ortaya çıkmasıyla ilişkili çalkantılı ortamı yeniden üretmeye çalışıyorlar. Bununla birlikte, bir sistemin özelliklerinin artık zaman içinde değişmediği, örneğin gerçek kozmik sistemlerde gözlemleyebileceği gibi sabit bir durum fark edemediler.
Ku Leuven ve Kraliyet Belçika Uzay Astronomi Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, simüle edilmiş türbülanslı plazmada gerçek bir kararlı durumun ilk gözlemini rapor ediyorlar. Bu olağanüstü gözlem, yayınlanan bir makalede özetlendi Fiziksel İnceleme Mektuplarıhem parçacıkları hem de elektromanyetik alanları gerçekçi bir şekilde çoğaltabilen 3D hücre içi simülasyonların, hesaplama simülasyonlarının sonucuydu.
Makalenin ilk yazarı Evgeny Gorbunov, CEİD’a verdiği demeçte, “Güçlü destekleyici kanıtlarla, uzaydaki çoğu plazmanın çalkantılı olduğuna inanılıyor.” Dedi.
“Bu türbülans plazmayı ısıtır ve tek tek parçacıkları çok yüksek enerjilere hızlandırır: başka bir deyişle, evrensel bir kozmik parçacık hızlandırıcısı olarak işlev görür. Bu süreci anlamak, toplanma disklerinden, kozmik-ray spektrumlarından ve diğerlerinin radyasyonu gibi çok sayıda astrofizik gözlemi açıklamak için çok önemlidir.”
Şimdiye kadar, türbülans çalışması öncelikle fiziksel süreçleri veya sistemleri çoğaltmak için matematiksel modellere dayanan sayısal simülasyonlara, bilgisayar tabanlı yöntemlere dayanmaktadır. Bununla birlikte, bu simülasyonları çalıştırırken, türbülansın genellikle sürekli bir enerji enjeksiyonu yoluyla “karıştırılması” gerekir.
Gorbunov, “Enerji dağılımının kendi kendine tutarlı olarak modellenemediği kapalı bir simülasyon kutusunda, bu yaklaşımın büyük eksiklikleri var.” Dedi.
“Dağılmanın enerji enjeksiyonunu dengelediği gerçek bir kararlı durum hiç gözlenmedi. Enjekte edilen enerji tipik olarak sürekli hızlandıran partikülleri hızlandırıyor, böylece plazmayı sonsuz bir şekilde ısıtıyor. Bu çalışmada, bu tür enerjik parçacıkların simülasyon domasından kaçmasına izin vererek ilk kez çalkantılı simülasyonlarda gerçek bir sabit durumu elde ediyoruz.”
Çalışmalarının bir parçası olarak, Gorbunov ve meslektaşları, türbülansta parçacık ivmesini yeniden üretmeyi amaçlayan 3D hücre içi simülasyonlar yürüttüler. Bu simülasyon yöntemi, parçacıkların normal bir ızgaradaki sabit noktalarda hesaplanan elektromanyetik alanlar aracılığıyla etkileşime girerek “kutusunun” simülasyonunun içinde serbestçe hareket etmesini sağlar.
Gorbunov, “Türbülans simülasyonları tipik olarak periyodik sınırlar kullanıyor; örneğin, bir şey kutunun tepesini geçiyorsa, altta yeniden ortaya çıkar.”
“Bu standart kuruluma ek bir element sunduk. Bir parçacık önceden tanımlanmış bir mesafenin ötesine geçerse, kozmik hızlandırıcıdan kaçtığını düşünüyoruz. Daha sonra anında bir ‘taze’ parçacık, enerji sıfırlaması ve termal popülasyondan örneklenir.”
Esasen, araştırmacılar simülasyonlarındaki türbülansı bir termal parçacık rezervuarı ile birleştirdiler. Parçacıklar simüle edilmiş hızlandırıcıya girer, içindeyken enerji kazanır ve sonunda kaçar. Bu işlem, teorilerin öngördüğünü astrofizik ortamlarda yansıtır.
Gorbunov, “Parçacık başına ilk elektromanyetik enerjiye bakılmaksızın, sistemin sürekli olarak manyetik ve kinetik basınçların dengelendiği bir duruma dönüştüğünü gözlemledik.” Dedi.
“Sonuç olarak, daha önce gözlemlenmeyen bir etki olan parçacık ivmesi sınırlı hale gelir. Parçacıkların kaçış süresinin enerjilerine nasıl bağlı olduğunu ve kozmik ışını gözlemlerini açıklamak için önemli sonuçlarla evrensel olarak çok zayıf bir ters güç yasasını takip ettiğini bulduk.”
Bu son çalışma ve ekibin türbülanslı plazmada kararlı durum parçacık ivmesi gözlemi, çeşitli kozmolojik nesnelerin ve fiziksel olayların modellenmesi için heyecan verici olasılıklar açabilir. Gelecekte, örneğin, kullandıkları simülasyon teknikleri, çalkantılı astrofizik ortamlarda üretilen yüksek enerjili kozmik ışınların incelenmesine uygulanabilir ve potansiyel olarak yeni değerli bilgilere yol açabilir.
Gorbunov, “Evrendeki türbülans birçok rejimde gerçekleşiyor.” “Örneğin, partiküller yayılırsa (tipik olarak astrofizik ortamlarda olduğu gibi), bu kararlı durumu ve parçacık spektrumlarını nasıl etkiler? Plazma, siyah delikli koronalarda olduğu gibi protonlar, elektronlar ve positronlar gibi birden fazla tür içeriyorsa ne olur?
Diyerek şöyle devam etti: “Simülasyonlarda gerçek bir kararlı duruma ulaşma yeteneği ile, bu tür birçok soru artık ele alınabilir. Bu yöntem, türbülansın nasıl incelendiğini dönüştürme potansiyeline sahiptir.”
Sadie Harley tarafından düzenlenen yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılmış ve gerçek kontrol ve Robert Egan tarafından gözden geçirilen bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
