الحداد المغناطيسي: نبضات البلازما تولد طاقات قياسية ✦

‹›

الكون مليء بعدائين خفيين - جسيمات تسير بسرعة تقارب سرعة الضوء. تُرصَد في الرياح الشمسية، وبالقرب من النجوم النيوترونية، وحتى في الفراغ بين المجرات. لكن ما الذي يسرعها في أماكن لا توجد فيها موجات صدمية ولا اتصالات مغناطيسية؟ ربما يكمن الجواب في نفس الكون ذاته - في نبض البلازما المتكرر.

تخيّل مكبساً خفياً يضغط مكعباً من البلازما بشكل إيقاعي. هذا النموذج بالضبط ما بناه الباحثون: في تجربة عددية، عُرِّضت بلازما ذات معلمات كونية نموذجية لتشوه دوري. كل دورة تعادل 400 زمن جيروسكوبي، والسعة 50%. وبعد بضع دورات فقط، لم يعد توزيع الجسيمات بحسب العزم حرارياً: بل امتد منه ذيل طويل أسي، يصل إلى منطقة تقترب فيها السرعات من حدود سرعة الضوء.

في هذا المسبك البلازمي، يعمل مبدأ الضخ المغناطيسي. الانضغاط أشبه بنفخة من منفاخ حداد: ترتفع كثافة طاقة المجال المغناطيسي بشدة، لكن البلازما لا تلحق بالتوازن. تغلي فيها اضطرابات حركية - عدد لا يحصى من الدوامات والأمواج الميكروسكوبية، تعمل كسرب من المطارق الخفية. تنقل الجسيمات بعشوائية إلى مستويات طاقة أعلى فأعلى. عندما تتمدد البلازما، يعود جزء من الطاقة، ولكن بسبب اللاعكوسية، تترك كل دورة في الجسيمات زيادة بنحو 29%.

تطابقت الأطياف الناتجة ببراعة مع مبدأ تعظيم الإنتروبيا المعمم - التجسيد الحديث لأفكار لودفيغ بولتزمان. وهو يربط الطاقة المنقولة بلا رجعة إلى النظام بانحدار الذيل الأسي: كلما زاد الضخ، كان الطيف أقسى. هذا القانون، الذي اختُبر في البلازما غير التصادمية، يبشر بأن يصبح بوصلة للفيزياء الفلكية: فمن خلال إشعاع مطيافات، يمكن استعادة تاريخ الانضغاطات في الأغلفة المغناطيسية للكواكب، والنفاثات، وهالة الشمس. وكأن كل وسط يهمس بقصته بلغة الأسس.

تضع هذه النمذجة أساساً لحسابات ثلاثية الأبعاد ذات هندسة واقعية وبلازما متعددة المكونات. حينها سنتحقق من كيفية اندماج الضخ المغناطيسي في تسارع الجسيمات في بقايا المستعرات العظمى وبالقرب من الثقوب السوداء. وربما يغذي الإيقاع ذاته أقوى الأشعة الكونية التي تخترق مجرتنا انطلاقاً من الفراغ بين المجرات. ومن اللافت أنه في جميع المحاكاة، كانت الزيادة الطاقية في كل دورة 29% بالضبط - بغض النظر عن درجة الحرارة التي تم بلوغها، وكأنها ثابت كوني لنمو البلازما.