Коли магнітні лінії поля протилежних напрямків сходяться, вони спричиняють вибухи, що звільняють колосальну кількість енергії.
Таким чином на Сонці відбуваються сонячні спалахи і 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 в 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 в 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 видимого 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 в частинки плазми. Це обмежує тиск у ділянці їхнього злиття, змушуючи магнітні лінії поля згинатися і стискатися, що веде до відкритої геометрії витікання, необхідної для прискорення процесу перез'єднання.
"Ця теорія розгадує важливу таємницю про те, чому і як ефект Холла робить процес перез'єднання таким швидким", - каже Лю, який 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 й електричні збурення на Землі.
Крім застосування швидкості перез'єднання для оцінки часових рамок сонячних спалахів, її також можна використовувати для визначення інтенсивності геомагнітних субштормів і взаємодії між сонячним вітром і магнітосферою Землі.
Нове дослідження також сприяє вивченню перез'єднання в магнітно-керованих термоядерних пристроях і астрофізичній плазмі біля нейтронних зірок і чорних дір.
Незважаючи на відсутність практичного застосування, деякі вчені розглядають можливість використання магнітного перез'єднання в рухових системах космічних апаратів.
