Plasma astrophysique - Astrophysical plasma
Le plasma astrophysique est un plasma en dehors du système solaire . Elle est étudiée dans le cadre de l' astrophysique et est couramment observée dans l'espace. L'opinion acceptée des scientifiques est qu'une grande partie de la matière baryonique de l' univers existe dans cet état.
Lorsque la matière devient suffisamment chaude et énergétique, elle s'ionise et forme un plasma. Ce processus décompose la matière en ses particules constitutives qui comprennent des électrons chargés négativement et des ions chargés positivement . Ces particules chargées électriquement sont sensibles aux influences des champs électromagnétiques locaux . Cela inclut les champs forts générés par les étoiles et les champs faibles qui existent dans les régions de formation d'étoiles , dans l' espace interstellaire et dans l' espace intergalactique . De même, des champs électriques sont observés dans certains phénomènes astrophysiques stellaires, mais ils sont sans conséquence dans les milieux gazeux de très faible densité.
Le plasma astrophysique est souvent différencié du plasma spatial , qui fait généralement référence au plasma du Soleil , du vent solaire et des ionosphères et magnétosphères de la Terre et d'autres planètes.
Observer et étudier le plasma astrophysique
Les plasmas dans les étoiles peuvent à la fois générer et interagir avec des champs magnétiques , ce qui entraîne une variété de phénomènes astrophysiques dynamiques. Ces phénomènes sont parfois observés dans les spectres dus à l' effet Zeeman . D'autres formes de plasmas astrophysiques peuvent être influencées par des champs magnétiques faibles préexistants, dont les interactions ne peuvent être déterminées directement que par polarimétrie ou d'autres méthodes indirectes. En particulier, le milieu intergalactique , le milieu interstellaire , le milieu interplanétaire et les vents solaires sont constitués de plasmas diffus.
Les plasmas astrophysiques peuvent également être étudiés de diverses manières car ils émettent des rayonnements électromagnétiques dans une large gamme du spectre électromagnétique . Parce que les plasmas astrophysiques sont généralement chauds, les électrons dans les plasmas émettent continuellement des rayons X à travers le processus appelé bremsstrahlung . Ce rayonnement peut être détecté avec des télescopes à rayons X situés dans la haute atmosphère ou dans l'espace. Les plasmas astrophysiques émettent également des ondes radio et des rayons gamma.
Les scientifiques s'intéressent aux noyaux galactiques actifs car de tels plasmas astrophysiques pourraient être directement liés aux plasmas étudiés en laboratoire. Beaucoup de ces phénomènes présentent apparemment un éventail de comportements magnétohydrodynamiques complexes , tels que la turbulence et les instabilités . Bien que ces phénomènes puissent se produire à des échelles astronomiques aussi grandes que le noyau galactique, de nombreux astrophysiciens suggèrent qu'ils n'impliquent pas de manière significative les effets du plasma mais sont causés par la matière consommée par les trous noirs supermassifs.
Dans la cosmologie du Big Bang , l'univers entier était dans un état de plasma avant la recombinaison . Par la suite, une grande partie de l'univers s'est réionisée après la formation des premiers quasars .
L'étude des plasmas astrophysiques fait partie de l'astrophysique académique dominante. Bien que les processus plasma fassent partie du modèle cosmologique standard, les théories actuelles indiquent qu'ils pourraient n'avoir qu'un rôle mineur à jouer dans la formation des plus grandes structures, telles que les vides , les amas de galaxies et les superamas .
Histoire ancienne
L'explorateur et physicien norvégien Kristian Birkeland a prédit que l'espace est rempli de plasma . Il écrit en 1913 :
Il semble être une conséquence naturelle de nos points de vue de supposer que tout l'espace est rempli d'électrons et d' ions électriques volants de toutes sortes. Nous avons supposé que chaque système stellaire à travers son évolution projette des corpuscules électriques dans l'espace.
Birkeland a supposé que la majeure partie de la masse de l'univers devrait se trouver dans un espace « vide ».
En 1937, le physicien des plasmas Hannes Alfvén affirma que si le plasma envahissait l'univers, il pourrait alors générer un champ magnétique galactique. Au cours des années 40 et 50, Alfvén a développé la magnétohydrodynamique qui permet de modéliser les plasmas sous forme d'ondes dans un fluide. Alfvén a reçu le prix Nobel de physique 1970 pour ce développement. Alfvén a proposé plus tard cela comme la base possible de la cosmologie des plasmas , bien que cette théorie ait fait l'objet d'un examen minutieux.