Космос пронизан магнитными полями. Они есть у галактик, звёзд и даже в почти пустых войдах (огромных пустотах между скоплениями галактик). Обычно считается, что поля усиливаются из слабых «затравочных» полей благодаря турбулентности — как динамо-машина. Но природа самих затравочных полей оставалась загадкой.
Новая работа предлагает неожиданный механизм. В разреженной космической плазме (горячем газе из заряженных частиц), где столкновения редки, электроны могут двигаться с разными скоростями в соседних областях. Между слоями потока возникает трение — учёные называют это фазовым смешиванием. Оно тормозит электроны, но неравномерно: быстрые замедляются быстрее, медленные — медленнее. Из-за этой разницы в торможении рождается электрический ток. А ток всегда создаёт магнитное поле. Так в полностью незаряженной плазме сам собой запускается генератор магнитного поля.
Авторы проверили идею тремя способами: аналитическими расчётами, компьютерным моделированием (так называемыми кинетическими симуляциями, где отслеживается каждая частица) и оценками для турбулентной плазмы. Результат удивил: поле получается когерентным на масштабах, намного превышающих размеры самих частиц. Его сила сравнима с той, что даёт классический механизм Бирманна (другой известный способ генерации поля), а иногда и превосходит её.
Это открытие меняет взгляд на космический магнетизм. Если поля могут рождаться буквально из ничего, в любом скоплении движущегося газа, то Вселенная должна быть нашпигована слабыми магнитными полями с самого начала. Возможно, именно так и возникли те затравочные поля, которые позже усилило галактическое динамо. Теперь астрофизикам предстоит понять, насколько этот процесс был важен в ранней Вселенной и как он повлиял на формирование первых звёзд и галактик.
Магнитное поле Земли тоже создаётся движением заряженной жидкости — расплавленного железа в ядре. Но там работает механизм динамо, а не фазовое смешивание: частицы часто сталкиваются, и токи текут совсем иначе.