人間スケールと光年スケールの両方で発見された「編み込まれた磁束ロープ」(Braided Magnetic Flux Ropes Are Found at Both Human and Light Year Scales)

2025-08-22 カリフォルニア工科大学(Caltech)

カルテックのポール・ベラン教授と博士課程修了生ヤン・チャン氏(現プリンストン大)は、太陽コロナや天の川銀河中心の「ダブルヘリックス星雲」に共通する新たな磁場構造「編み込まれた磁束ロープ」を発見した。これは一本ではなく二本の磁束ロープが二重らせん状に絡み合った安定構造であり、実験室の真空チャンバーで再現に成功した。研究では、この構造が安定に存在できる理由を数理モデルで解明した。ロープに沿った電流が同方向に流れる場合、互いに引き合う力と巻き付く方向の反発力が釣り合い、最適なねじれ角で最低エネルギーの平衡状態が実現する。チャン氏はこのモデルをダブルヘリックス星雲に適用し、観測データの特徴と一致することを示した。これにより、実験室スケールから銀河スケールまで普遍的に成り立つ磁気構造の原理が明らかになり、プラズマの自己組織化や天体物理現象の理解が一歩進んだと評価される。

人間スケールと光年スケールの両方で発見された「編み込まれた磁束ロープ」(Braided Magnetic Flux Ropes Are Found at Both Human and Light Year Scales)
Four braided structures. (a) astrophysical jet M-87, 3000 light years long; (b) Double Helix Nebula, 70 light years long; (c) solar prominence, 3000 kilometers long; (d) solar loop manufactured in Bellan lab at Caltech, 3 centimeters long.
Credit: (a) Passeto et al., Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; (b) NASA/JPL-Caltech/M. Morris (UCLA); (c) High Altitude Observatory Archives; (d) Yang Zhang, Caltech Bellan Plasma Lab

<関連情報>

磁気二重螺旋 Magnetic Double Helix

Yang Zhang and Paul M. Bellan
Physical Review Letters  Published: 30 July, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/sz9k-6l22

Abstract

Magnetic flux ropes, fundamental magnetohydrodynamic structures, often form braided helical configurations with net axial current, as observed in astrophysical and laboratory plasmas. However, an equilibrium model for such structures has remained elusive. We present a first-principles derivation of the braided flux ropes equilibrium by capturing the force balance of current-carrying plasma strands. This equilibrium reproduces the observed structure of the double helix nebula and provides a powerful tool for studying magnetic self-organization, plasma confinement, and astrophysical dynamics.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました