Astrofyzikální plazma je ionizovaný plyn, jehož fyzikální vlastnosti jsou studovány jako pobočka astrofyzice . Předpokládá se, že velká část baryonické hmoty sestává z plazmy , stavu hmoty, kde molekuly neexistují; atomy jsou tak horké, že se ionizují a rozpadají se na ionty (kladně nabité) a elektrony (záporně nabité). Proto jsou částice nabité a jsou silně ovlivňovány elektrickými a magnetickými poli.
Všechna známá astrofyzikální plazma jsou ovlivňována magnetickými poli . Protože počet nábojů nesených elektrony a nábojů nesených ionty v plazmě je stejný, jsou tyto náboje celkově elektricky neutrální, a proto elektrická pole hrají méně dynamickou roli. Protože plazma jsou velmi vodivá, je jakákoli nerovnováha náboje rychle neutralizována.
Astrofyzikální plazmu je možné studovat několika způsoby, protože vyzařuje záření ze širokého rozsahu elektromagnetického spektra . Vzhledem k tomu, že astrofyzikální plazma bývají velmi horká (což znamená úplnou ionizaci), elektrony v plazmě nepřetržitě emitují rentgenové paprsky procesem nepřetržitého brzdění radiací , kde elektrony nekolidují s atomovými jádry. Tuto formu záření lze identifikovat pomocí rentgenových observatoří umístěných v horních vrstvách atmosféry nebo ve vesmíru, například pomocí satelitu Chandra-X . Astrofyzikální plazma také vyzařují rádiové vlny a paprsky gama .
Průkopníci astrofyzikální plazmy Hannes Alfvén a Carl-Gunne Fälthammer (fr) rozdělili plazma ve sluneční soustavě mezi tři samostatné kategorie.
Klasifikace magnetických kosmických plazmat
| Vlastnosti |
Kategorie hustoty Tato hustota se nevztahuje pouze na hustotu částic |
Ideální srovnání | ||
|---|---|---|---|---|
| Vysoká hustota | Střední hustota | Nízká hustota | ||
| Kritérium | λ << ρ | λ << ρ << l c | l c << λ | l c << λ D |
| Příklady | Srdce hvězdné sféry fotek |
Sluneční korona Prostor mezi galaxiemi / hvězdami Ionosféra nad 70 km |
Magnetosféra během poruch. Prostor mezi planetami |
Jedinečné zatížení ve vysokém vakuu |
| Difúze | Izotropní | Anizotropní | Anizotropní a minimální | Žádné vysílání |
| Vedení | Izotropní | Anizotropní | Není definovaný | Není definovaný |
|
Elektrické pole rovnoběžné s B v plně ionizovaném plynu |
Malý | Malý | Libovolná hodnota | Libovolná hodnota |
|
Pohyb částic v rovině kolmé k B |
Téměř přímá cesta mezi střety |
Kruh mezi střety |
Kruh | Kruh |
|
Veďte středovou dráhu rovnoběžně s B |
Rovná cesta mezi střety |
Rovná cesta mezi střety |
Oscilace (např. Mezi zrcadlovými body) |
Oscilace (např. Mezi zrcadlovými body) |
| Debyeova vzdálenost λ D | λ D << l c | λ D << l c | λ D << l c | λ D >> l c |
|
schopnost MHD |
Ano | Víceméně | Ne | Ne |
λ = Průměrná volná cesta . ρ = Larmorův poloměr elektronu. λ D = délka Debye . l c = charakteristická délka
Převzato z kosmické elektrodynamiky (2. vydání, 1952) Alfvén a Fälthammar
Fyzici plazmy a astrofyziky se zajímají o aktivní galaktická jádra , protože jsou to astrofyzikální plazma, která se nejvíce podobají plazmatům studovaným v laboratoři a plazmatům studovaným v experimentech s fúzní energií. Ukazují řadu složitých magnetohydronamických chování, jako jsou turbulence a nestability. I když k nim dochází v tak velkém měřítku jako galaktické srdce, většina fyziků podporuje hypotézu, že u většiny větších jevů není zahrnut žádný účinek plazmy.
V kosmologii velkého třesku byl celý vesmír před jeho rekombinací plazmou. Později se první kvasary vytvořily a vyzařovaly záření, které reionizovalo velkou část vesmíru, velkou část vesmíru zůstalo ve formě plazmy. Mnoho vědců věří, že malá část baryonické hmoty je neutrální. Zejména prostory mezi galaxiemi, hvězdami a planetami kromě slunečních větrů jsou hlavně difuzní plazma - hvězdy sestávající z hustých plazmat. Studium těchto plazmat je součástí dominantního astrofyzikálního myšlení a dominantní kosmologický model to bere v úvahu. Současné modely však naznačují, že plazma nehrají velkou roli při tvorbě větších struktur, jako jsou dutiny , shluky galaxií nebo nadkupy .
Norský průzkumník a fyzik Kristian Birkeland může být první, kdo předpovídá, že vesmír je naplněn plazmou. V roce 1913 napsal: „Z našeho pohledu se zdá být přirozeným důsledkem předpokládat, že celý prostor je vyplněn všemi druhy elektronů a létajících elektrických iontů . “
V roce 1937 tvrdil plazmový fyzik Hannes Alfvén , že pokud plazma obsadí vesmír, může generovat galaktické magnetické pole. Během čtyřicátých a padesátých let vyvinul Alfvén magnetohydrodynamiku (MHD), která umožňuje modelování plazmatu jako vlnu v kapalině, za což byl Alfvén v roce 1970 oceněn Nobelovou cenou za fyziku . MHD je základní astronomický nástroj.