Het universum wordt beschouwd als een extreem magnetische plaats, waar veel planeten en sterren hun eigen magnetische velden hebben. Astrofysici bestuderen deze verbazingwekkende fenomenen al lang en creëren theorieën die het scheppingsmechanisme zelf kunnen verklaren.
Met de hulp van een van de krachtigste lasersystemen ter wereld bevestigden onderzoekers van de universiteit van Chicago experimenteel een van de populairste theorieën voor het creëren van een kosmisch magnetisch veld - de turbulente dynamo. Nadat een heet turbulent plasma ter grootte van een stuiver was gevormd en enkele miljarden fracties van een seconde had geduurd, bevestigden de wetenschappers hoe turbulente bewegingen het zwakke magnetische veld versterken tot de sterktes die worden waargenomen in onze zon en in verre sterrenstelsels.
Voor de analyse hebben we de FLASH-simulatiecode gebruikt en het experiment zelf is uitgevoerd bij de OMEGA Laser Facility (Rochester, New York), waar ze de turbulente omstandigheden van de dynamo hebben nagebootst. Het experiment toonde aan dat turbulent plasma het zwakke magnetische veld dramatisch kan verhogen tot de magnitude waargenomen in sterren en sterrenstelsels.
Nu weten wetenschappers dat er een turbulente dynamo is en dit is een van de mechanismen die de magnetisatie van het universum feitelijk verklaren. De mechanische dynamo creëert een elektrische stroom door de rotatie van de spoelen in een magnetisch veld. In de astrofysica wijst de dynamo-theorie op het tegenovergestelde: de beweging van een elektrisch geleidende vloeistof creëert en onderhoudt een magnetisch veld. Aan het begin van de 20e eeuw suggereerde Joseph Larm dat een dergelijk mechanisme aard- en zonnemagnetisme zou kunnen verklaren en de discussie voor veel wetenschappers zou kunnen openen. Numerieke modellering gaf de mogelijkheid aan van turbulent plasma om magnetische velden op een stellaire schaal te genereren, maar het creëren van een turbulente dynamo in het laboratorium is veel moeilijker. Om de theorie te bevestigen, moet je het plasma bij extreem hoge temperaturen brengen. Tegelijkertijd moet er sprake zijn van inconsistentie om een voldoende mate van turbulentie te genereren.
Om het experiment uit te voeren, hebben wetenschappers honderden 3D-simulaties met FLASH gebruikt op de Mira-supercomputer. De uiteindelijke opstelling omvatte explosieve delen van de folie met hoogvermogenlasers die twee plasmajets door de roosters bewegen, waardoor een turbulente beweging van de vloeistof wordt gevormd.
Het team gebruikte ook de FLASH-modellen om twee onafhankelijke methoden te ontwikkelen voor het meten van het magnetische veld dat door het plasma wordt gecreëerd: protonenradiografie en gepolariseerd licht. Beide metingen volgden de groei van een magnetisch veld van nanoseconde van een zwakke starttoestand naar een toename van meer dan 100 kilogaus (een miljoen keer sterker dan het magnetisch veld van de aarde).
Met dit werk kan men experimenteel ideeën over de oorsprong van magnetische velden in de ruimte testen. Nu kunnen onderzoekers diepere vragen bestuderen: hoe snel neemt het magnetisch veld toe, hoe sterk is de regio en hoe verandert de turbulentie?
