L’Univers est considéré comme un lieu extrêmement magnétique, où de nombreuses planètes et étoiles possèdent leurs propres champs magnétiques. Les astrophysiciens étudient depuis longtemps ces phénomènes étonnants, créant des théories pouvant expliquer le mécanisme de création lui-même.
Avec l'aide de l'un des systèmes laser les plus puissants au monde, des chercheurs de l'Université de Chicago ont confirmé de manière expérimentale l'une des théories les plus populaires pour créer un champ magnétique cosmique: la dynamo turbulente. Après avoir formé un plasma turbulent chaud de la taille d’un sou et d’une durée de plusieurs milliards de fractions de seconde, les scientifiques ont déterminé comment les mouvements turbulents renforçaient le faible champ magnétique par rapport aux forces observées dans notre Soleil et dans des galaxies lointaines.
Pour l'analyse, nous avons utilisé le code de simulation FLASH et l'expérience elle-même a été menée à l'usine OMEGA Laser Facility (Rochester, New York), où ils ont recréé les conditions turbulentes de la dynamo. L'expérience a montré que le plasma turbulent peut augmenter considérablement le champ magnétique faible à la magnitude observée dans les étoiles et les galaxies.
Les scientifiques savent maintenant qu’il existe une dynamo turbulente et c’est l’un des mécanismes qui explique réellement la magnétisation de l’Univers. La dynamo mécanique crée un courant électrique par la rotation des bobines dans un champ magnétique. En astrophysique, la théorie de la dynamo indique le contraire: le mouvement d'un fluide électriquement conducteur crée et maintient un champ magnétique. Au début du 20ème siècle, Joseph Larm a suggéré qu'un tel mécanisme pourrait expliquer le magnétisme terrestre et solaire, ouvrant la discussion à de nombreux scientifiques. La modélisation numérique a indiqué la possibilité qu'un plasma turbulent génère des champs magnétiques à une échelle stellaire, mais il est beaucoup plus difficile de créer une dynamo turbulente en laboratoire. Pour confirmer la théorie, vous devez amener le plasma à des températures extrêmement élevées. Dans le même temps, il doit exister une incohérence afin de générer un niveau suffisant de turbulence.
Pour mener l'expérience, les scientifiques ont utilisé plusieurs centaines de simulations 3D avec FLASH sur le supercalculateur Mira. La configuration finale comprenait des parties explosives de la feuille avec des lasers à haute puissance déplaçant deux jets de plasma à travers les grilles, formant ainsi un mouvement turbulent du fluide.
L’équipe a également utilisé les modèles FLASH pour développer deux méthodes indépendantes de mesure du champ magnétique créé par le plasma: la radiographie à protons et la lumière polarisée. Les deux mesures ont suivi la croissance d'un champ magnétique d'une nanoseconde d'un état initial faible à une augmentation de plus de 100 kilogauss (un million de fois plus forte que le champ magnétique terrestre).
Ce travail permet de tester expérimentalement des idées sur l’origine des champs magnétiques dans l’espace. Les chercheurs peuvent désormais étudier des questions plus profondes: à quelle vitesse le champ magnétique augmente-t-il, quelle est la force de la région et comment la turbulence change-t-elle?
