科学探索|揭开最深刻的宇宙学之谜之一：宇宙如何获得它的“种子”磁场( 二 ) 揭开最深刻的宇宙学之谜之一

制造第一个磁场
这个种子场从哪里来？这就是5月5日发表在PNAS上的Zhou和她的同事们的最新的成果。Zhou开发了基础理论，并在强大的超级计算机上进行了数值模拟，显示出种子场是如何产生的，以及哪些基本过程在起作用。存在于恒星和星系之间的等离子体的一个重要方面是它是非常分散的--通常每立方米约有一个粒子。这与恒星内部的情况截然不同，那里的粒子密度要高30个数量级。低密度意味着宇宙学等离子体中的粒子从未发生碰撞，这对它们的行为有重要影响，这些影响必须包括在这些研究人员正在开发的模型中。
麻省理工学院的研究人员进行的计算跟踪了这些等离子体中的动力学，它们从有序的波发展而来，但随着振幅的增加和相互作用变得强烈的非线性而变成了湍流状。通过包括小尺度的等离子体动力学对宏观天体物理过程的详细影响，他们证明了第一个磁场可以通过像剪切流一样简单的通用大规模运动自发产生。就像地球上的例子一样，机械能被转换为磁能。
他们计算的一个重要输出是预期自发产生的磁场的振幅。这表明，磁场振幅可以从零上升到等离子体被"磁化"的水平--也就是说，等离子体的动力学受到磁场存在的强烈影响。在这一点上，传统的发电机机制可以接管，并将场提高到观察到的水平。因此，他们的工作代表了在宇宙学规模上产生磁场的一个自洽模型。
威斯康星大学麦迪逊分校的Ellen Zweibel教授指出，"尽管几十年来在宇宙学方面取得了显著的进展，但宇宙中磁场的起源仍然是未知的。看到最先进的等离子体物理理论和数值模拟被用于解决这一基本问题是非常美妙的" 。
【科学探索|揭开最深刻的宇宙学之谜之一：宇宙如何获得它的“种子”磁场】Zhou和他的同事们将继续完善他们的模型，并研究从种子场的产生到发电机的放大阶段的交接。他们未来研究的一个重要部分将是确定该过程是否能在与天文观测一致的时间尺度上工作。引用研究人员的话说："这项工作为建立一个理解宇宙中磁生成的新范式提供了第一步" 。