Góra: Herbig Haro 111, gwiazda z dżetem
, którego włókna ciągną się na 12 lat świetlnych. Na dole: Hannes Alfvén, ojciec współczesnej fizyki plazmowej, odbiera Nagrodę Nobla od króla Szwecji w 1970. Źródła: Bo Reipurth CASA/U. Colorado) et al., HST, NASA.
29 sierpnia 2006
Pamięci przestróg Alfvéna.
W dwudziestym wieku, astronomowie wykazali tylko ograniczone zrozumienie dla zjawisk plazmowych. Najbardziej ignorowana jest rola prądu elektrycznego w plazmie, rzeczy im nieznanej. W rezultacie, kaskada najbardziej niedawnych obserwacji pozostawiła ich rządnych wyjaśnień.
W poprzednim Zdjęciu Dnia wskazaliśmy na tajemniczy obiekt Herbig Haro 49/50, opisany konwencjonalnie jako rodzące gwiazdy kosmiczne tornado
, wykazujące cechy, które są, według słów astronomów, słabo poznane
. Próby wyjaśnienia strumieni przy użyciu standardowych modeli astronomicznych zawiodły. Jaka siła odpowiada za stworzenie wysoko energetycznego strumienia, rozciągniętego na lata świetlne? I jakim sposobem dżet ten pozostał wąski i skupiony na takiej odległości? Gwiazdy z dżetami, obserwowane obecnie setkami, nie znajdują wygodnego miejsca w leksykonie tradycyjnej astronomii.
Jedyną znaną siłą, która mogłaby zapobiec gwałtownemu rozprężeniu się w próżni, jest magnetyzm, a tylko prąd elektryczny może wytwarzać pole magnetyczne. Ale we wczesnym XX wieku, środowisko astronomów przyjęło już ideę, że to grawitacja i bezwładność rządzą niebiosami. Mając skonstruowaną prostą i bezpieczną wizję kosmosu, nie są chętni do zajmowania się bardziej egzotycznymi siłami, za wyjątkiem drugorzędnych rozważań, przypisu do matematycznie eleganckiego wielkiego obrazu
kosmosu.
Z górnym zdjęciem powyżej związana jest tajemnica: 1500 lat świetlnych od Ziemi leży Herbig Haro 111
, posiadający dżet długi na 12 lat świetlnych, składający się z naładowanych cząstek, rozpędzonych do prędkości 500 km/s. Włóknisty i węzłowaty strumień rozciąga się na długość trzykrotnie większą, niż odległość Słońca do najbliższej gwiazdy.
Autorzy domowej strony internetowej Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, omawiając kwestię gwiazdowych dżetów, nieświadomie odzwierciedlają wizję astronomów. Szukają przyczyn skolimowanych
i wąskich dżetów w pojęciach wydmuchu
, umieszczonego na jednym z końców – wyjaśnieniu, które pokazuje, że cala nauka traktuje o gazach w próżni. Zgrzyty są nieuniknione. widzimy je, na przykład, kiedy autorzy strony internetowej Hubble’a przyznają, że pola magnetyczne mogą skupiać gaz w wąskie strumienie
. Jest to możliwość, odpowiadają, ale nie ma jak dotąd bezpośrednich dowodów obserwacyjnych, że pola magnetyczne są ważne.
Ostatecznie większość astronomów przyjęło do wiadomości wszechobecne istnienie pól magnetycznych w kosmosie. Ale w obliczu tej wiedzy, jak mogli oni zachować swoją fundamentalną zasadę, według której elektryczność nie wpływa na kakrokosmos?
Przez pewien czas astronomowie sądzili, że mają sojusznika w błyskotliwym inżynierze plazmowym, Hannesie Alfvénie, któremu cała współczesna fizyka zawdzięcza nowe spojrzenie na rolę elektryczności i magnetyzmu z plazmie. Wkład Alfveacute;na oparty był na pionierskich badaniach laboratoryjnych. W swoich wczesnych publikacjach mówi on o polu magnetycznym, które jest wmrożone
w obojętną [elektrycznie] plazmę. Dla astronomów pojęcie to było bardzo atrakcyjne! Oznaczało to, że plazma w kosmosie mogła zostać namagnesowana na wczesnym etapie ewolucji gwiazd i galaktyk, wszystko to pod kontrolą dynamiki grawitacyjnej wyższego rzędu. Każde energetyczne zdarzenie mogło być wciąż wyjaśniane w terminach odseparowanych wysp materii, poruszających się wyłącznie w uścisku grawitacji.
Będąc pod wczesnymi założeniami Alfvéna, astrofizycy zaczęli studiować magnetyczną plazmę, bez poszukiwania większych prądów elektrycznych. Zaczęli postrzegać prądy elektryczne jako miejscowe i lokalne zjawiska, potrzebne tylko do tego, aby namagnesować plazmę, doskonały przewodnik
. Obecnie, koncept Alfvéna co do wmrożonego w plazmę
pola magnetycznego stanowi fundament większości interpretacji głównego nurtu, dotyczących magnetyzmu w kosmosie. Podejście to pozwala astronomom patrzeć w przeszłość na przyczynowe prądy elektryczne, jako na dłużej już nieistotne. Studiowanie namagnesowanej plazmy nazywa się obecnie magnetohydrodynamiką
, i przyznaje się, że Alfvén jest fundatorem tej dziedziny. W 1970 odebrał on Nagrodę Nobla za fundamentalne odkrycia w magnetohydrodynamice
.
Krytycznym zwrotem tej historii, o którym się niemal w ogóle nie mówi w społeczności astronomów, jest to, że Alfvén uświadomił sobie, że był w błędzie. Wykorzystał okazję, jaką była jego przemowa z okazji odebrania nagrody, aby prosić naukowców o zignorowanie jego wcześniejszej pracy. Pola magnetyczne, powiedział, to tylko część historii. nie należy przeoczać prądów elektrycznych, które te pola tworzą, a współczesne próby modelowania plazmy kosmicznej bez istnienia prądów elektrycznych skieruje astronomię i astrofizykę na drogę do kryzysu.
Alfvén twierdził, że zachowanie plazmy jest zbyt skomplikowane i kapryśne
dla matematyków. Jest to dziedzina zupełnie nie dla eleganckich teorii matematycznych
. Wymaga ona praktycznej uwagi w laboratorium. Na nieszczęście, obserwował, jak plazmowy wszechświat staje się poletkiem dla teoretyków, którzy nigdy nie widzieli plazmy w laboratorium. Wielu z nich wciąż wierzy we wzory, o których wiemy z eksperymentów, że są błędne.
Alfvén wciąż i wciąż powtarzał: założenia dzisiejszej kosmologii są rozwijane przy pomocy najbardziej wymyślnej matematyki, i tylko sama plazma nie rozumie, jak piękne to są teorie i absolutnie odmawia podporządkowania się im.
Kryzys teoretyczny tylko się pogłębił, gdy astronomowie zobaczyli Wszechświat przy pomocy potężniejszych teleskopów, oraz urządzeń, które mogą widzieć pełne pasmo elektromagnetyczne. Gdziekolwiek spojrzeli, napotykali efekty działania pola magnetycznego – dzika kartę, która nieuchronnie niweczyła ich podstawowe założenie standardowej
astronomii: plazma kosmiczna nie może permanentnie posiadać wmrożonego pola magnetycznego. W rozrzedzonym środowisku plazmowym, do podtrzymania pola magnetycznego potrzebny jest prąd elektryczny. Obiekty Herbig Haro – i niezliczone inne obiekty w kosmosie – są fundamentalnymi wyzwaniami dla elektrycznie sterylnego wszechświata astronomów.
Dziesięciolecia temu Alfvén pokazał, że gwiazdy posiadają obwód elektryczny, obejmujący płaski prąd równikowy i polarne prądy strumieniowe. Zanotował, że energia elektromagnetyczna może być przechowywana w płaszczyźnie prądu równikowego, aż do pewnego krytycznego momentu, kiedy energia jest przełączana do wyładowania biegunowego. Wynikowy strumień otrzymywałby energię z przyspieszających cząstki warstwy podwójnej
, izolującej ściany plazmy, przez którą biegnie silne pole elektryczne. W obecności tego pola, grawitacja gwiazdy musi ustąpić miejsca sile znacznie potężniejszej, która wyrzuca przyspiesza materię na zewnątrz (podobny mechanizm jest obecnie opracowywany dla zaawansowanych plazmowych silników rakietowych).
Dekady eksperymentów laboratoryjnych pokazały, że toroidalne pole magnetyczne, utworzone przez biegunowe wyładowanie plazmowe, zwęża to wyładowanie w wąski strumień. W próżni, pole magnetyczne powstrzymuje gorący gaz przed gwałtownym rozproszeniem i schłodzeniem, jak kłąb pary. W ten sam sposób eksperymenty z plazmą pokazały, że to energia elektryczna tworzy i oświetla włókna i węzły wzdłuż ścieżki wyładowania. Tak więc teoretycy elektryczności mogą się tylko drapać po głowie, gdy widzą okrzyki zaskoczenia i zakłopotanie na widok tajemniczych
międzygwiezdnych dżetów. Nowe odkrycia po prostu potwierdzają obserwacje Alfvéna i jego kolegów: eksperymenty laboratoryjne nad plazmą są skalowalne do kosmicznych wymiarów.
To zdrowy rozsądek inżynierów elektryków, nie eleganckie równania, ukazują oczywistość obiektów Herbig Haro. Prąd osiowy, zwężany indukowanym toroidalnym polem magnetycznym, płynie wzdłuż dżetu na całej jego długości. Tylko pole elektryczne może przyspieszać cząstki w przestrzeni międzygwiezdnej. Nie ma tu wydmuchów
na jednym końcu, wykonujących niemożliwe. Dżet nie przeczy dobrej nauce, lecz ją umacnia. I jeśli zdjęcie mówi głośniej niż dzisiejsze grawitacyjne dogmaty, to jest tak dlatego, że przestrzeń międzygwiezdna ożywiana jest prądami elektrycznymi.
Redaktorzy zarządzający: Steve Smith, Mel Acheson
Przetłumaczono z http://www.thunderbolts.info/tpod/2006/arch06/060829tornadospace2.htm