מחקר: שדות מגנטיים חזקים סביב כוכבים עשויים לדכא התפרצויות פלזמה עוצמתיות

התפרצויות עצומות של גז טעון וחומר מגנטי, הנפלטות מהאטמוספרה החיצונית של כוכבים, מכונות פליטות מסה עטרתיות (Coronal Mass Ejections, או CME). בשמש מדובר בתופעה שכיחה, אך עדויות לקיומה בכוכבים אחרים עדיין נדירות.

כעת מציגים חוקרים מהטכניון ועמיתיהם באירופה עדות ניסויית ראשונה לכך ששדות מגנטיים חזקים המקיפים כוכבים מסוגלים לדכא לחלוטין את ההתפרצויות הללו.

התגלית, שהתפרסמה בכתב העת Physical Review Letters, מסייעת לפתור תעלומה רבת שנים באסטרופיזיקה של כוכבים: מדוע התפרצויות ענק כאלה, הנצפות באופן שגרתי בשמש, כמעט שאינן מתרחשות סביב כוכבים אחרים?

Coronal Mass Ejections הן התפרצויות ענק של פלזמה ממוגנטת, הממלאות תפקיד חשוב בהתפתחות כוכבים, באובדן מסה ותנע זוויתי ובהשפעה על סביבת החלל של כוכבי הלכת המקיפים אותם. למרות חשיבותן, עדויות משכנעות לקיומן סביב כוכבים אחרים נותרו נדירות מאוד.

כדי להבין את הסיבה לכך שילבו החוקרים סימולציות אסטרופיזיקליות, ניסויי לייזר מתקדמים בפלזמה ומודלים תלת-ממדיים של מגנטו-הידרודינמיקה. במסגרת המחקר שוחזרו במעבדה התנאים האופייניים להתפרצויות פלזמה בכוכבים ונבחנה התנהגות זרמי הפלזמה תחת שדות מגנטיים בעוצמות שונות.

הניסויים חשפו מעבר ברור בין שני מצבים: כאשר השדה המגנטי היה חלש יחסית, זרמי הפלזמה התפשטו בחופשיות, אך כאשר עוצמת השדה עלתה, הזרמים הפכו בלתי יציבים, התפרקו למבנים קטנים יותר ולבסוף נעצרו לחלוטין. הסימולציות הראו כי אי-יציבויות מגנטיות (kink instabilities) הן המנגנון המונע מן הפלזמה להימלט מסביבת הכוכב.

תוצאות המעבדה תאמו היטב את התחזיות האסטרופיזיקליות והצביעו על כך ששדה מגנטי בעוצמה של כ-100 גאוס מסוגל לכלוא את ההתפרצויות האמורות ולמנוע את התפשטותן לחלל.

המחקר נערך בשיתוף פעולה בין-לאומי בהובלת חוקרים ממכון לייבניץ לאסטרופיזיקה בפוטסדאם (AIP) בגרמניה ובהשתתפות פרופ' ז'וליאן פוקס מהפקולטה לפיזיקה בטכניון ומ-École Polytechnique בצרפת.

המחקר נתמך על ידי מועצת המחקר האירופית (ERC) במסגרת פרויקט GENESIS, משרד המחקר והחדשנות של רומניה, הקרן הלאומית האמריקנית למדע (NSF) ותשתיות מחשוב-על מובילות באירופה.