Коли магнітні лінії поля протилежних напрямків сходяться, вони спричиняють вибухи, що звільняють колосальну кількість енергії.
Таким чином на Сонці відбуваються сонячні спалахи та корональні викиди маси – величезні викиди енергії, які можуть досягти Землі за один день.
Хоча загальний принцип магнітного перез'єднання відомий, вчені вже понад п'ятдесят років намагаються розібратися у точній фізиці швидкого звільнення енергії.
Нещодавнє дослідження Дартмута, опубліковане в журналі Communications Physics, є першим теоретичним описом того, як "ефект Холла" впливає на ефективність магнітного перез'єднання.
"Швидкість магнітного перез'єднання ліній магнітного поля має величезне значення для космічних процесів, які можуть впливати на Землю", - каже Йі-Хсін Лю, доцент кафедри фізики та астрономії у Дартмуті.
"Тепер, після десятиліть зусиль, у нас є повна теорія для вирішення цієї довгострокової проблеми".
Магнітне перез'єднання відбувається в природі в плазмі - четвертому стані матерії, що займає більшу частину видимої Всесвіту.
Перез'єднання відбувається, коли магнітні лінії поля протилежних напрямків притягуються одна до одної, роз'єднуються, знову з'єднуються і потім різко відходять.
У процесі магнітного перез'єднання розрив магнітних ліній штовхає намагнічену плазму з високою швидкістю. Енергія створюється і передається в плазму завдяки силі натягу, аналогічній тій, що вистрілює камінчик із рогатки.
Дослідження Дартмута фокусується на проблемі швидкості перез'єднання, що є ключовим компонентом магнітного перез'єднання.
Теоретичне дослідження Дартмута демонструє, що ефект Холла пригнічує перетворення енергії магнітного поля на частинки плазми. Це обмежує тиск у ділянці їхнього злиття, змушуючи магнітні лінії поля згинатися і стискатися, що веде до відкритої геометрії витоку, необхідної для прискорення процесу перез'єднання.
"Ця теорія розгадує важливу таємницю про те, чому і як ефект Холла робить процес перез'єднання таким швидким", - говорить Лю, котрий обіймає посаду заступника керівника групи теорії та моделювання в рамках Багатомасштабної магнітосферної місії НАСА (MMS).
Нова теорія сприяє технічному переосмисленню сонячних спалахів і корональних викидів маси, які спричиняють космічну погоду та електричні збурення на Землі.
Крім застосування швидкості перез'єднання для оцінки часових рамок сонячних спалахів, її також можна використовувати для визначення інтенсивності геомагнітних субштормів та взаємодії між сонячним вітром та магнітосферою Землі.
Нове дослідження також сприяє вивченню перез'єднання у магнітно-керованих термоядерних пристроях та астрофізичній плазмі біля нейтронних зірок та чорних дір.
Незважаючи на відсутність практичного застосування, деякі вчені розглядають можливість використання магнітного перез'єднання у рухових системах космічних апаратів.
