我們的宇宙高度磁化，但沒有人確切知道原因。目前的理論是，宇宙湍流放大了微小的“種子”磁場，形成了今天控制星系的強大磁場。天體物理學家仍在努力充分理解這一過程，但最近一項模擬星系碰撞的實驗室實驗可能使科學家們在揭開宇宙磁性的神秘起源方面更進一步。
我們宇宙中的物質形成了一個由人口密集的星系團和連線的絲狀結構組成的網路，它們被巨大的空隙隔開，只有偶爾的散亂星系中斷。當天文學家開始觀察太空中的磁場時，他們注意到了一些奇怪的事情：宇宙是磁化的。科學家們原以為會在活躍區域發現磁性，比如恆星內部的等離子電流可能會產生磁場。但顯然，即使是最空曠的宇宙區域，即科學家們認為幾乎不會發生任何事情的地方，也佈滿了磁性。宇宙磁場在控制恆星和星系的運動和演化中起著關鍵作用，因此科學家們渴望瞭解它們是如何誕生的，以及它們是如何變得如此強大的。
牛津大學的天體物理學家 Jena Meinecke 解釋說，天體物理學家懷疑星系際磁性起源於“原始磁場”。她領導了這項研究。“它們基本上是周圍所有磁場的祖父磁場。” 科學家們透過一種名為“畢爾曼電池機制”的過程，從零開始創造了這些所謂的“種子”磁場。本質上，透過產生非常強的衝擊波，研究人員可以在實驗室中製造自己的磁場。但他們的種子磁場比在星系團中看到的磁場弱大約一千萬億倍。
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為了解釋太空磁場的強大強度，科學家們提出種子磁場可以透過宇宙湍流放大。星系團充斥著噴射物質並相互碰撞的星系，是一個非常動盪的環境。當這些星系團中的等離子體移動時，嵌入其中的磁場也應該扭曲和拉伸。一些運動粒子的動能轉化為磁能，從而增強了磁場。
為了驗證這一理論，天體物理學家想看看湍流是否可以在實驗室中放大種子磁場。在6月22日發表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究中，Meinecke 和她的同事試圖用雷射產生的等離子云來模擬星系合併，並觀察由此產生的湍流如何影響種子磁場。在他們的實驗中，Meinecke 的團隊使用了位於英國盧瑟福阿普爾頓實驗室的 Vulcan 雷射器，它是世界上最強大的雷射器之一。他們在充滿氣體的腔室中設定了兩片平行的碳箔片，它們相距約六釐米，並將多束雷射束聚焦在每片箔片的外表面上。這些雷射驅動衝擊波穿過每片箔片，從而產生一股等離子射流，從兩片箔片的內表面噴射出來。“所以我們有這兩股射流相互靠近，然後最終在中間碰撞，”Meinecke 說。“碰撞後，它們創造了……一種向外擴張的湍流球，這真是太美了。”
這種湍流使 Meinecke 的團隊在箔片之間產生的種子磁場纏繞並放大，為當前關於宇宙磁場如何變得如此強大的理論提供了實驗證據。研究人員還使用計算機模型模擬了他們的實驗，結果相似。“當人們有時看到這些東西時，他們說的第一句話是，‘哦，太荒謬了，與實驗室相比，太空是巨大的[，它怎麼可能一樣？’” 牛津大學 Meinecke 研究小組的實驗室天體物理學家 Joseph Cross 說，他沒有參與這項研究。“但是有很多很好的論文表明，確定一切如何發生的方程式可以用一種不依賴於尺度的方式來寫。” 根據 Cross 的說法，Meinecke 的工作表明，儘管現實生活中的星系合併和實驗室等離子體碰撞在規模上存在巨大差異，但放大磁場的原理是相同的。
然而，日內瓦大學的天體物理學家 Andrii Neronov 沒有參與這項研究，他警告說，湍流放大的磁場模型不一定能捕捉到真實星系團環境的所有細微差別。根據 Neronov 的說法，宇宙磁場的產生是一個多階段過程，受許多未知的物理引數控制。
儘管如此，Neronov 表示，Meinecke 的團隊在實驗室實驗和他們的模擬中證明了湍流放大，這令人欣慰。結果“表明該過程的特定階段按預期工作。在這方面，它是朝著理解星系團內磁場產生邁出的重要一步，”他說。
儘管研究人員只能在微小的尺度上覆制如此巨大的事件，但他們可以在地球上學到很多關於支配宇宙的磁性的知識。