#Vật_lý #phun_trào_vũ_trụ #kết_nối_từ_tính
Hôm nay, chúng ta sẽ trò chuyện về vật lý nhỏ đằng sau những vụ phun trào vũ trụ bao la. Chúng ta đã chứng kiến mặt trời ném một lượng năng lượng khổng lồ vào không gian, tạo thành những ngọn lửa mặt trời. Những ngọn lửa này kéo dài trong vài phút và có thể gây mất điện và tạo ra những hiện tượng ánh sáng đẹp mắt trên Trái đất. Tuy nhiên, các lý thuyết hiện tại của chúng ta vẫn chưa thể dự đoán được sức mạnh và tốc độ của những vụ phun trào này.
Trọng tâm của những vụ phun trào này là một quá trình chuyển đổi năng lượng từ trường thành ánh sáng và hạt mạnh mẽ. Quá trình này được kích hoạt bởi một quá trình gọi là tái kết nối từ tính, trong đó các đường từ trường phá vỡ và sắp xếp lại ngay lập tức, đẩy vật chất ra khỏi vũ trụ. Ngoài việc cung cấp năng lượng cho ngọn lửa mặt trời, quá trình tái kết nối cũng có thể cung cấp năng lượng cho các vụ nổ nhanh chóng của các ngôi sao đang nổ tung, ánh sáng của máy bay phản lực từ hố đen và gió mặt trời.
Mặc dù hiện tượng này rất phổ biến, nhưng các nhà khoa học đã phải vật lộn để hiểu nó hoạt động như thế nào. Một lý thuyết gần đây cho rằng vật lý nhỏ bé đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết bí ẩn của quá trình tái kết nối từ tính. Nó giải thích tại sao một số sự kiện tái kết nối xảy ra rất nhanh và tại sao sự kiện mạnh nhất thường xảy ra ở một tốc độ đặc biệt. Hiểu rõ các chi tiết vật lý nhỏ bé trong quá trình tái kết nối có thể giúp các nhà nghiên cứu xây dựng các mô hình tốt hơn về vụ phun trào năng lượng này và hiểu rõ hơn về vũ trụ.
Đầu tiên, hãy nói về plasma, một loại vật chất tồn tại trong vũ trụ, có nhiệt độ cao và được tách ra thành các hạt tích điện. Khi chúng di chuyển, các hạt này tạo ra từ trường, làm cho chúng chuyển động theo hướng nhất định. Sự tương tác này dẫn đến việc tạo ra một mớ hỗn độn các đường từ, giống như dây cao su, tích trữ năng lượng.
Vào những năm 1950, các nhà khoa học đề xuất ý tưởng về quá trình tái kết nối từ trường, giải thích cách plasma giải phóng năng lượng bị dồn nén. Khi các đường từ hướng ngược nhau va chạm, chúng kết nối và phóng ra các hạt giống như súng cao su hai mặt. Tuy nhiên, ý tưởng này chỉ là một lý thuyết trừu tượng, không có mô hình toán học hoàn chỉnh.
Các nhà khoa học muốn hiểu rõ hơn về quá trình này, các sự kiện ảnh hưởng đến quá trình tái kết nối và lý do tại sao rất nhiều năng lượng được giải phóng. Tuy nhiên, tương tác phức tạp giữa plasma nóng, hạt tích điện và từ trường là khó khăn đối với tính toán toán học.
Để lý thuyết hoàn chỉnh hơn, các nhà khoa học đã phát triển mô hình “chất lỏng từ hóa” vào những năm 1957. Mô hình này cho thấy plasma như một chất lỏng, trong đó va chạm giữa các hạt tích điện đã tạo ra các đường từ và tạo ra một chuỗi các sự kiện tái kết nối lại. Mô hình cũng dự đoán được rằng quá trình này xảy ra với một tốc độ cụ thể. Các quan sát gần đây từ vệ tinh NASA và mô phỏng máy tính trong nhiều thập kỷ cũng đã xác nhận tốc độ “nhanh” này của quá trình tái kết nối. Tốc độ này xảy ra ở khoảng 10% tốc độ từ trường truyền đi, nhanh hơn nhiều so với dự đoán ban đầu.
Hiểu rõ về các chi tiết vật lý nhỏ bé của quá trình tái kết nối có thể giúp các nhà khoa học xây dựng các mô hình tốt hơn về vụ phun trào năng lượng và hiểu rõ hơn về vũ trụ và cơn giận dữ của nó.
Trên cơ sở nghiên cứu đó, chúng ta hy vọng sẽ có thể tìm ra thêm thông tin quan trọng về hiện tượng này, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về vũ trụ và các hiện tượng kỳ diệu trong nó.
Nguồn: https://www.wired.com/story/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions/
Trong cơn phù du thoáng qua, mặt trời thỉnh thoảng ném một lượng năng lượng khổng lồ vào không gian. Được gọi là ngọn lửa mặt trời, những vụ phun trào này chỉ kéo dài trong vài phút và chúng có thể gây ra sự cố mất điện thảm khốc và cực quang rực rỡ trên Trái đất. Nhưng các lý thuyết toán học hàng đầu của chúng ta về cách thức hoạt động của những ngọn lửa này không dự đoán được sức mạnh và tốc độ của những gì chúng ta quan sát được.
Trọng tâm của những vụ nổ này là một cơ chế chuyển đổi năng lượng từ trường thành những vụ nổ ánh sáng và hạt mạnh mẽ. Quá trình biến đổi này được xúc tác bởi một quá trình gọi là tái kết nối từ tính, trong đó các từ trường va chạm phá vỡ và sắp xếp lại ngay lập tức, bắn vật chất vào vũ trụ. Ngoài việc cung cấp năng lượng cho các ngọn lửa mặt trời, việc kết nối lại có thể cung cấp năng lượng cho các vụ nổ nhanh chóng, hạt năng lượng cao đẩy ra bởi những ngôi sao đang nổ tung, ánh sáng của máy bay phản lực từ hố đenvà gió liên tục bị mặt trời thổi bay.
Bất chấp sự phổ biến của hiện tượng, các nhà khoa học đã phải vật lộn để hiểu làm thế nào nó hoạt động hiệu quả như vậy. MỘT lý thuyết gần đây đề xuất rằng khi nói đến việc giải quyết những bí ẩn của sự kết nối lại từ tính, vật lý nhỏ bé đóng một vai trò quan trọng. Cụ thể, nó giải thích tại sao một số sự kiện kết nối lại lại diễn ra nhanh đến kinh ngạc—và tại sao sự kiện mạnh nhất dường như lại xảy ra ở một tốc độ đặc trưng. Hiểu được các chi tiết vật lý vi mô của sự kết nối lại có thể giúp các nhà nghiên cứu xây dựng các mô hình tốt hơn về các vụ phun trào năng lượng này và hiểu được các cơn giận dữ của vũ trụ.
“Cho đến nay, đây là lý thuyết tốt nhất mà tôi có thể thấy,” nói Hantao Ji, một nhà vật lý plasma tại Đại học Princeton, người không tham gia vào nghiên cứu. “Đó là một thành tích lớn.”
Lúng túng với chất lỏng
Gần như mọi vật chất đã biết trong vũ trụ đều tồn tại ở dạng huyết tương, một món súp khí bốc lửa trong đó nhiệt độ địa ngục đã tách các nguyên tử thành các hạt tích điện. Khi chúng di chuyển xung quanh, những hạt đó tạo ra từ trường, từ trường này sẽ hướng dẫn chuyển động của các hạt. Sự tương tác hỗn loạn này tạo nên một mớ hỗn độn các đường sức từ, giống như dây cao su, ngày càng tích trữ nhiều năng lượng hơn khi chúng bị kéo căng và xoắn lại.
Vào những năm 1950, các nhà khoa học đã đề xuất một lời giải thích về cách các plasma giải phóng năng lượng bị dồn nén của chúng, một quá trình được gọi là tái kết nối từ trường. Khi các đường sức từ hướng ngược chiều nhau va chạm, chúng có thể chụp và kết nối chéo, phóng ra các hạt giống như súng cao su hai mặt.
Nhưng ý tưởng này gần với một bức tranh trừu tượng hơn là một mô hình toán học hoàn chỉnh. Các nhà khoa học muốn hiểu chi tiết về cách thức hoạt động của quá trình này—các sự kiện ảnh hưởng đến quá trình chụp, lý do tại sao rất nhiều năng lượng được giải phóng. Nhưng sự tương tác lộn xộn của khí nóng, các hạt tích điện và từ trường rất khó để chế ngự về mặt toán học.
Định lượng đầu tiên lý thuyết, được mô tả vào năm 1957 bởi các nhà vật lý thiên văn Peter Sweet và Eugene Parker, coi các plasma là chất lỏng bị từ hóa. Nó gợi ý rằng sự va chạm của các hạt tích điện trái dấu kéo theo các đường sức từ và tạo ra một chuỗi các sự kiện kết nối lại. Lý thuyết của họ cũng dự đoán rằng quá trình này xảy ra với một tốc độ cụ thể. Tốc độ kết nối lại được quan sát thấy trong các plasma tương đối yếu, được rèn trong phòng thí nghiệm phù hợp với dự đoán của họ, cũng như tốc độ đối với các tia nhỏ hơn ở các tầng thấp hơn của bầu khí quyển của mặt trời.
Nhưng các ngọn lửa mặt trời giải phóng năng lượng nhanh hơn nhiều so với lý thuyết của Sweet và Parker. Theo tính toán của họ, những ngọn lửa đó sẽ bùng phát trong nhiều tháng chứ không phải vài phút.
Gần đây hơn, các quan sát từ NASA vệ tinh từ quyển xác định sự kết nối lại nhanh hơn này thậm chí còn xảy ra gần nhà hơn, trong từ trường của Trái đất. Những quan sát đó, cùng với bằng chứng từ nhiều thập kỷ mô phỏng máy tính, đã xác nhận tốc độ kết nối lại “nhanh” này: Trong các plasma giàu năng lượng hơn, quá trình kết nối lại xảy ra ở khoảng 10% tốc độ mà từ trường truyền đi—nhanh hơn nhiều bậc so với lý thuyết của Sweet và Parker dự đoán .
[ad_2]
