fig 1,la imágen muestra el proceso mediante el cual la batería Biermann genera un campo magnético ,el producto de la temperatura y densidad de electrones en un plasma es una cantidad llamada la presión electrón (lo mismo sucede para los protones del plasma no mostrados en la figura).En la figura la presión es más alta en la esquina superior derecha y más baja en la esquina inferior izquierda los electrones disminuyen el gradiente de presión más rápido que los pesados protones generando una fuerza electromotriz(emf) sobre un contorno cerrado(línea blanca),por la ley de Faraday esta emf genera un flujo magnético a través de la superficie limitada por el contorno(en esta figura la emf genera un campo magnético fuera de la página).Crédito.APS/Alan Stonebraker.
Debido a que los electrones tienen tan poca inercia, reduciran los gradientes de temperatura y densidad más rápido que los protones cargados positivamente, generando un campo eléctrico neto. (Más precisamente, los electrones reducen un gradiente en la presión de electrones, que es producto de la temperatura y la densidad de electrones.) Cuando la temperatura y la densidad de gradientes no son paralelas, la integral del campo eléctrico a través de un circuito cerrado en el plasma es distinto de cero. En otras palabras, los gradientes producen una fuerza electromotriz.Y por la ley de Faraday, esta fuerza electromotriz genera un flujo magnético. La batería de Biermann puede explicar tanto el escenario de arriba hacia abajo como el escenario de abajo hacia arriba para la magnetogénesis. El proceso va a generar campos más rápido en sistemas pequeños, donde la temperatura y la densidad cambian rápidamente en el espacio, como en los discos de acreción de la materia que se arremolinan alrededor de un objeto denso. Pero también puede generar campos en escalas cosmológicas (es decir, escalas mayores que los cuerpos más grandes unidos gravitacionalmente). Los físicos han utilizado el proceso para explicar los campos magnéticos generados en frentes de choque cosmológicos [ver aquí] y en los frentes de ionización cosmológicos [ver aquí y aquí], un tiempo lo suficiente después del Big Bang en que los electrones se habían combinado con los protones y los neutrones para formar átomos, pero en un universo bastante joven en donde las fluctuaciones en la densidad cosmológica y la temperatura eran todavía pequeñas. Cuando estas fluctuaciones son pequeñas, es posible escribir su efecto sobre el crecimiento del campo magnético en forma cerrada. También es posible calcular el espectro de potencia de las fluctuaciones magnéticas más abajo en escalas de longitudes mucho más pequeñas que en previos estudios, sin ningún tipo de límites impuestos por la resolución numérica. En el momento en que pararon sus cálculos, los autores encuentran que la escala espacial de los campos más fuertes se extiende desde kiloparsecs a decenas de kiloparsecs (aproximadamente del tamaño de una galaxia). Sin embargo, debido a que comienzan con fluctuaciones de densidad y temperatura que tienen pequeñas amplitudes, los campos resultantes son muy débiles de 10-24 a 10-25 gauss. Puede parecer que nada se ha ganado en los cálculos numéricos. Pero lo que Naoz y Narayan han demostrado es que un modelo lineal de las fluctuaciones de densidad y temperatura puede generar los campos semilla. Este paso teórico es importante porque empuja la magnetogenesis a una época anterior, lo que permite más tiempo para que los campos sean amplificados y realimentados de nuevo en sus ambientes. Es interesante preguntarse: ¿En qué momento la amplificación del campo magnético por la batería de Biermann da paso a la amplificación por un dínamo? Este cruce resulta que ocurre más o menos cuando la relación del radio de Larmor de iones térmicos a la escala de longitud típica del gradiente de presión es menor que el número de Mach del flujo. Naoz y Narayan dejan sus cálculos en un momento en el que el radio de Larmor de los protones es todavía mayor que la extensión de los campos. Así,que es probable que la era de la amplificación por la batería continuó hasta bien pasado el tiempo en que Naoz Narayan terminaron sus cálculos [ver aquí]. La batería Biermann no es la única fuente posible de campos semillas magnéticos. Inestabilidades del plasma, las cuales producen campos magnéticos en escalas cinéticas -en contraposición a las escalas macroscópicas características de la batería-también se han propuesto [ver aquí],y aquí ]. Este mecanismo podría funcionar en momentos posteriores de la batería considerada por Naoz y Narayan. Por otra parte, una variedad de otros procesos, basados en la física no estándar, podrían haber operado en tiempos mucho anteriores [ver aquí]. ¿Hay observaciones que nos podrían decir cuales teorías están en el camino correcto? Hasta hace poco,los campos magnéticos sólo se habían detectado en las galaxias y cúmulos de galaxias, y los límites superiores en un campo intergaláctico extendido eran bastante altos. Sin embargo, un estudio reciente estima que los campos intergalácticos deben ser de al menos 10-18 gauss para explicar su efecto sobre pares de partículas cargadas creadas por los rayos gamma extragalácticos [ver aquí]. El número de líneas de visión muestreadas por tales observaciones es todavía relativamente bajo, pero el método puede ser la mejor posibilidad de sondear los campos cosmológicos muy débiles.
artículo de la físico Ellen Zweibel para physics.aps.
fuente de la información:
http://physics.aps.org/articles/v6/85
