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우주는 자기장으로 가득 차 있다. 우주 초기 플라스마 환경에서 약한 ‘자기장의 씨앗(seed magnetic fields)’이 생겼고 플라스마 난류에 의해 이 자기장이 증폭되고 비틀리는 등의 과정을 거쳐 현재의 상태에 이르렀다. 최근 미국 프린스턴대, 로체스터대, 영국 옥스퍼드대 등 공동연구팀이 고출력 레이저를 이용해 이 같은 우주 거대 자기장이 형성되는 과정을 재현하는 데 성공했다. 
연구팀은 총 출력이 원자로 1만 개와 맞먹는 로체스터대의 ‘오메가 레이저’를 가동해 ‘자기 프란틀 수(magnetic-Prandtl-number)’가 1 이상인 플라스마 상태를 만들었다. 

자기 프란틀 수는 전자기유체역학에서 유체의 점성과 확산속도를 나타내는 지표로, 우주 플라스마와 비슷해지려면 이 수가 1 이상이어야 한다. 그동안의 우주 거대 자기장 형성 실험은 자기 프란틀 수가 1 미만인 플라스마로 이뤄져 정확한 결과를 얻는 데 한계가 있었다. 

연구팀은 이 조건에서 자기장이 증폭되는 속도를 정량화했다. 그 결과 자기장이 증폭되는 속도는 지난 반세기 동안 예측돼 온 속도보다 빨랐다. 플라스마 난류가 예상보다 효율적으로 자기장을 형성한다는 뜻이다. 

아치 보트 옥스퍼드대 물리학부 연구원은 “은하단의 자기장을 설명하기 위해서는 난류에서 자기장이 어떻게 증폭되는지 이해하는 것이 중요하다”며 “이론과 시뮬레이션은 아주 작은 규모의 난류 운동만 예측할 수 있었지만, 이번 실험으로 큰 규모에서 자기장이 증폭되는 과정을 포착했다”고 말했다. 연구결과는 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 3월 16일자에 실렸다. doi:10.1073/pnas.2015729118