Générer un germe de champ magnétique dans une onde de choc produite par laser.

22 février 2012

Une collaboration de physiciens vient de reproduire en laboratoire, dans une onde de choc engendrée par laser, l’un des mécanismes qui donne naissance au champ magnétique des protogalaxies.


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S’il est aujourd’hui bien établi que les champs magnétiques sont présents dans l’univers à grande échelle, leurs intensités étonnamment élevées, et surtout leurs origines, restent l’un des mystères les plus intrigants de l’astrophysique moderne. En utilisant l’installation laser LULI2000 du laboratoire LULI, une collaboration internationale vient de reproduire à l’échelle du laboratoire l’un des mécanismes proposés pour la création de ces champs : le processus de « batterie de Biermann ». En focalisant le faisceau laser sur un fil de carbone placé dans un gaz d’hélium, les chercheurs ont réussi à produire une onde de choc se propageant dans le gaz. Pour la première fois, ils ont réalisé une mesure des champs magnétiques auto-engendrés au niveau du front de choc. Ce travail, publié dans la revue Nature, rend accessible l’étude expérimentale de phénomènes astrophysiques encore mal compris.

Grâce aux lois de similitude, les physiciens relient des phénomènes physiques se produisant à des échelles de taille, de temps ou d’énergie, considérablement différentes. Il est ainsi possible de ramener des phénomènes qui se produisent sur des milliards d’années et des millions de parsecs* à des expériences de laboratoire qui se déroulent une fraction de seconde et sur quelques millimètres. C’est ce qu’ont fait les physiciens en produisant à l’aide d’une impulsion laser une onde de choc asymétrique simulant les ondes de choc produites dans le collapse de la matière à l’ère pré-galactique, précédant la formation des galaxies. Ils ont alors pu mesurer les champs magnétiques produits par effet de « batterie de Biermann » résultant du désalignement entre un fort gradient de densité de matière et un gradient de température. Les astrophysiciens ont ensuite ramené, grâce à des lois de similitude, ces mesures à l’échelle astrophysique, qui peut différer jusqu’à 22 ordres de grandeur, et ont démontré que les valeurs de champs magnétiques enregistrées étaient cohérentes avec celles fournies par les observations astrophysiques les plus récentes. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives permettant de reproduire, grâce aux lasers de hautes énergies, des phénomènes cosmologiques et de les étudier sur terre, à l’échelle du laboratoire.


Onde de choc dans le gaz

* 1 parsec 3× 10¹⁶ mètres

En savoir plus

Generation of scaled protogalactic seed magnetic fields in laser-produced shock waves, C. G. Gregori^{1, 2}, A. Ravasio³, C. D. Murphy¹, K. Schaar¹, A. Baird¹, A. R. Bell¹, A. Benuzzi-Mounaix³, R. Bingham^{2, 4}, C. Constantin⁵, R. P. Drake⁶, M. Edwards¹, E. T. Everson⁵, C. D. Gregory⁷, Y. Kuramitsu⁸, W. Lau¹, J. Mithen¹, C. Niemann⁵, H.-S. Park⁹, B. A. Remington⁹, B. Reville¹, A. P. L. Robinson², D. D. Ryutov⁹, Y. Sakawa⁸, S. Yang¹, N. C.Woolsey⁷, M. Koenig³ & F. Miniati¹⁰ Nature 481, 480–483 (26 January 2012)