Des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton du ministère américain de l’énergie (DOE) ont découvert que les masses de plasma tourbillonnant à proximité des trous noirs pouvaient produire de la lumière et de la chaleur.PPPL) ont découvert un processus dans les masses tourbillonnantes de l’atmosphère. plasma entourant les trous noirs et les étoiles à neutrons, qui peut provoquer des émissions de lumière et de chaleur jusqu’alors inexpliquées.
Le processus, connu sous le nom de reconnexion magnétique, projette également des panaches massifs de plasma de plusieurs milliards de kilomètres de long. Ces découvertes pourraient améliorer les connaissances de base des processus astrophysiques fondamentaux dans l’univers. Le plasma, également connu sous le nom de quatrième état de la matière, est composé d’électrons libres et de noyaux atomiques, ou ions, et représente 99 % de l’univers observable. Les scientifiques étudient les moyens de contenir le plasma dans des dispositifs en forme de beignet appelés tokamaks afin d’exploiter les réactions de fusion qui produisent l’énorme énergie du soleil et des étoiles, tout en examinant ses propriétés astrophysiques. Reproduire la fusion sur Terre pourrait offrir une source d’énergie presque illimitée pour produire de l’électricité.
La reconnexion se produit lorsque des lignes de champ magnétique se séparent et se reconnectent, libérant ainsi de l’énergie. Ce processus intéresse les scientifiques car il semble se produire dans tout l’univers, des masses de plasma s’étendant sur des années-lumière aux expériences de laboratoire. Les chercheurs ont utilisé un nouveau modèle ainsi que des données recueillies précédemment pour découvrir qu’un remue-ménage dans le plasma, appelé instabilité magnétorotationnelle (IRM), force les champs magnétiques à se rassembler. La reconnexion qui en résulte au sein des disques d’accrétion libère la chaleur et la lumière observées.
Fatima Ebrahimi, physicienne du PPPL, avec des images de plasma et de disques d’accrétion générées par ordinateur Crédit : Kiran Sudarsanan
“Ces processus de reconnexion de disques d’accrétion sont quelque chose de nouveau dans le monde de la physique des plasmas”, a déclaré la physicienne du PPPL Fatima Ebrahimi, co-auteur d’un article rapportant les résultats dans The Astrophysical Journal Letters. “Les données numériques sont restées là pendant longtemps et nous avons finalement réussi à leur donner un sens !”. Les nouvelles simulations informatiques ont montré le plasma de manière plus détaillée qu’auparavant. D’autres modèles ne simulent que de petites portions du plasma connues sous le nom de boîtes de cisaillement et supposent que les résultats s’appliquent au reste du plasma. “Les boîtes de cisaillement fournissent des indications, mais elles ne représentent pas toute l’histoire”, a souligné M. Ebrahimi.
Ces boîtes ne montrent pas tout le comportement du plasma pendant la reconnexion. En revanche, la simulation de haute fidélité utilisée dans le cadre de cette recherche a révélé davantage d’étapes intermédiaires. L’auteur principal de l’article est Jarrett Rosenberg, étudiant en dernière année de physique au Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), qui a participé au printemps 2021 à un stage de premier cycle en laboratoire du DOE (SULI) au PPPL. Pour Rosenberg, les expériences ont été une sorte de creuset de recherche. “C’était un terrain très nouveau pour moi”, a déclaré Rosenberg. “Je n’avais pas étudié la physique des plasmas à l’école et je n’avais jamais rédigé de document de recherche. Mais j’étais excité à l’idée de plonger mon orteil dans ce monde.” À l’avenir, Ebrahimi prévoit d’explorer comment l’IRM affecte la turbulence du disque d’accrétion, des perturbations dans le plasma qui peuvent affecter la façon dont la chaleur, la lumière et le mouvement se propagent dans le disque. “Nous espérons effectuer des simulations plus importantes et mieux comprendre ce qui se passe exactement à chaque étape”, a déclaré Ebrahimi. “De cette façon, on apprend de nouvelles notions de physique, et lorsque des choses plus compliquées se produisent par la suite, on sait pourquoi !”.
Référence : “Début de la reconnexion plasmoïde pendant l’instabilité magnétorotationnelle” par Jarrett Rosenberg et Fatima Ebrahimi, 14 octobre 2021, The Astrophysical Journal Letters.
DOI : 10.3847/2041-8213/ac2b2e
PPPL, le Université de PrincetonLe PPPL, situé sur le campus Forrestal de l’université de Princeton à Plainsboro, dans le New Jersey, se consacre à la création de nouvelles connaissances sur la physique des plasmas – des gaz chargés ultra chauds – et au développement de solutions pratiques pour la création d’énergie de fusion.
