Астрофизики открыли новый механизм генерации крупномасштабных магнитных полей в турбулентной плазме

Магнитные поля пронизывают Вселенную и влияют на множество процессов — от формирования звезд до переноса космических лучей. Считается, что в большинстве случаев они рождаются в турбулентной плазме благодаря механизму, известному как динамо. Однако классическая теория, предложенная Юджином Паркером в 1955 году, сталкивается с проблемами: ее параметры приходится подбирать вручную, а прямое моделирование показывает, что турбулентность создает лишь запутанные мелкомасштабные поля.

В новой работе, опубликованной на arXiv, исследователи предложили и проверили альтернативный путь. Они рассмотрели неустойчивое сдвиговое течение и показали, что оно порождает крупномасштабные трехмерные струи — топологически защищенные точные решения уравнений магнитогидродинамики. Эти струи, в свою очередь, запускают динамо-процесс, который приводит к генерации квазипериодических магнитных полей огромного масштаба.

Авторы разработали аналитическую теорию и провели серию компьютерных симуляций с разрешением до 4096?4096?8192 точек. Расчеты подтвердили: поля возникают «с нуля», без подгоночных параметров. Ключевую роль играет так называемый эффект средней завихренности — дополнительный механизм динамо, впервые постулированный в 1990 году, но до сих пор не наблюдавшийся в численных экспериментах.

Как поясняется в статье, решающее значение имеет предварительное образование струй. Они устойчивы и точно описываются уравнениями, что делает процесс предсказуемым. Такой струйный динамо может действовать в лабораторных и астрофизических системах со сдвиговыми течениями — например, при слияниях двойных нейтронных звезд.

По оценкам исследователей, в таких событиях динамо работает на микросекундных временных масштабах и способно за несколько миллисекунд создать одни из самых интенсивных магнитных полей во Вселенной. Это открывает новые возможности для мультимессенджерной астрономии, позволяя интерпретировать сигналы от гравитационных волн и электромагнитных всплесков.

Работа представляет собой важный шаг к пониманию происхождения космических магнитных полей и демонстрирует мощь современных вычислительных методов в сочетании с аналитической физикой.