Plasma astrofizică

O plasmă astrofizică este un gaz ionizat ale cărui proprietăți fizice sunt studiate ca o ramură a astrofizicii . Se crede că o mare parte a materiei baryonice constă din plasmă , o stare a materiei în care moleculele nu există; atomii sunt atât de fierbinți încât se ionizează, divizându-se în ioni (încărcați pozitiv) și electroni (încărcați negativ). Prin urmare, particulele sunt încărcate și sunt puternic influențate de câmpurile electrice și magnetice.

Toate plasmele astrofizice cunoscute sunt influențate de câmpuri magnetice . Deoarece numărul sarcinilor purtate de electroni și cel al celor purtate de ionii din plasme sunt egale, acestea din urmă sunt în general neutre din punct de vedere electric și, prin urmare, câmpurile electrice joacă un rol mai puțin dinamic. Deoarece plasmele sunt foarte conductoare, orice dezechilibru de încărcare este rapid neutralizat.

Observații

Este posibil să se studieze o plasmă astrofizică în mai multe moduri, deoarece emite radiații dintr-o gamă largă a spectrului electromagnetic . Deoarece plasmele astrofizice tind să fie foarte fierbinți (adică ionizare completă), electronii din plasme emit în mod continuu raze X prin procesul de frânare continuă a radiațiilor , unde electronii nu reușesc să se ciocnească împotriva nucleelor atomice. Această formă de radiație poate fi identificată folosind observatoare cu raze X, situate în atmosfera superioară sau în spațiu, cum ar fi satelitul Chandra-X . Plasmele astrofizice emit, de asemenea, unde radio și raze gamma .

Natura plasmei spațiale

Pionierii plasma astrofizică Hannes Alfvén și Carl-Gunne Fälthammer (fr) au împărțit plasmele din sistemul solar între trei categorii separate.

Clasificarea plasmelor cosmice magnetice

Caracteristică	Categorii de densitate Această densitate nu se referă doar la cea a particulelor			Comparație ideală
Caracteristică	Densitate mare	Densitate medie	Densitate scazuta	Comparație ideală
Criteriu	λ << ρ	λ << ρ << l c	l c << λ	l c << λ D
Exemple	Photosphere Heart of Stars	Corona solară Spațiu între galaxii / stele Ionosfera peste 70 km	Magnetosfera în timpul tulburărilor. Spațiu între planete	Sarcini unice într-un vid ridicat
Difuzie	Izotrop	Anizotrop	Anizotrop și minim	Fără difuzare
Conducerea	Izotrop	Anizotrop	Nedefinit	Nedefinit
Câmp electric paralel cu B într-un gaz complet ionizat	Mic	Mic	Orice valoare	Orice valoare
Mișcarea particulelor în plan perpendicular pe B	Calea aproape dreaptă între ciocniri	Cerc între ciocniri	Cerc	Cerc
Calea centrului de ghidare paralel cu B	Calea dreaptă între ciocniri	Calea dreaptă între ciocniri	Oscilații (de exemplu, între punctele oglinzii)	Oscilații (de exemplu, între punctele oglinzii)
Distanța Debye λ D	λ D << l c	λ D << l c	λ D << l c	λ D >> l c
capacitate MHD	da	Mai mult sau mai putin	Nu	Nu

λ = Calea liberă medie . ρ = Raza Larmor a electronului. λ D = lungimea Debye . l c = Lungimea caracteristică
Adaptat de la electrodinamica cosmică (Ediția a II-a 1952) Alfvén și Fälthammar

Cercetări și sondaje

Fizicienii și astrofizicienii din plasmă sunt interesați de nucleii galactici activi , deoarece sunt plasmele astrofizice care seamănă cel mai mult cu plasmele studiate în laborator și cu cele studiate în experimentele cu energie de fuziune. Acestea demonstrează o serie de comportamente magnetohidronamice complexe, cum ar fi turbulența și instabilitățile. Deși acestea apar la scări la fel de mari ca inima galactică, majoritatea fizicienilor susțin ipoteza că în majoritatea fenomenelor mai mari nu este implicat niciun efect plasmatic.

În cosmologia fizică

În cosmologia Big Bang , întregul univers era o plasmă înainte de a fi recombinat. Mai târziu, primii quasari s-au format și au emis radiații care au reionizat o mare parte din univers, o mare parte din univers rămânând într-o formă de plasmă. Mulți cercetători cred că o mică parte a materiei baryonice este neutră. În special, spațiile dintre galaxii, stele și planete, pe lângă vânturile solare, sunt în principal plasme difuze - stele formate din plasme dense. Studiul acestor plasme face parte din gândirea astrofizică dominantă, iar modelul cosmologic dominant ia în considerare acest lucru. Cu toate acestea, modelele actuale sugerează că plasmele nu joacă un rol important în formarea unor structuri mai mari, cum ar fi golurile , grupurile de galaxii sau superclustere .

Istoric

Exploratorul și fizicianul norvegian Kristian Birkeland ar putea fi primul care prezice că spațiul este umplut cu plasmă. El a scris, în 1913, „Se pare că este consecința firească din punctul nostru de vedere să presupunem că întregul spațiu este umplut cu tot felul de electroni și ioni electrici care zboară” .