Los científicos están más cerca que nunca de desentrañar un proceso llamado reconexión magnética que desencadena fenómenos explosivos en todo el universo. Las erupciones solares, la aurora boreal y las tormentas geomagnéticas que pueden interrumpir el servicio de telefonía celular y las redes eléctricas se apagan mediante líneas de campo magnético queconverger, separarse y reconectarse violentamente de maneras que no se entienden completamente.
Ahora, los físicos Masaaki Yamada del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE y Ellen Zweibel de la Universidad de Wisconsin-Madison han proporcionado una perspectiva importante sobre cuatro problemas clave en la reconexión magnética en un artículo publicado el 7 de diciembreen el diario británico Actas de la Royal Society A. Su investigación se centra en cómo las líneas de campo incrustadas en el plasma, el gas caliente y cargado compuesto de electrones y núcleos atómicos, o iones, que constituyen el 99 por ciento del universo visible, se comportan como lo hacen. Los hallazgos son relevantestanto a la astrofísica como a los experimentos de fusión controlados magnéticamente, cuya reconexión puede cerrar.
El extenso documento de 30 páginas, que el diario invitó, avanza en la comprensión de cuatro acertijos profundos y antiguos :
• El problema de la frecuencia. ¿Por qué la reconexión se realiza mucho más rápido de lo que indica la teoría?
• El problema del disparador. ¿Qué determina la cantidad de energía que se puede almacenar en un campo magnético y desencadena su liberación?
• El problema energético. ¿Cómo convierte la reconexión la energía magnética en energía cinética explosiva?
• El problema de la interacción de escalas. ¿Cómo la reconexión que ocurre en una microescala dispara explosiones que ocurren a escala global?
Yamada y Zweibel, ganadores del Premio James Clerk Maxwell en Física de Plasma en 2015 y 2016, respectivamente, adoptan un enfoque integral de estos temas. El premio, otorgado por la División de Física de Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física, honra sus contribuciones a laDinámica de reconexión y astrofísica de plasma. Su trabajo combina datos obtenidos de avistamientos de satélites y el Experimento de Reconexión Magnética MRX en PPPL, junto con la teoría y la simulación por computadora, para proporcionar una visión detallada de estos desconcertantes procesos.
Sobre el problema de la frecuencia, los autores señalan que se han identificado dos caminos hacia la reconexión rápida. En la primera, la reconexión rápida tiene lugar cuando los electrones magnetizados y los iones desmagnetizados se comportan de manera diferente, causando un fenómeno llamado efecto Hall en la capa de reconexión.el segundo, un proceso llamado inestabilidad plasmoide divide las capas de corriente delgadas en islas magnéticas que producen una reconexión rápida ver artículo relacionado aquí. "Caracterizar la inestabilidad plasmoide en un plasma de laboratorio grande es un objetivo para futuras investigaciones", escriben los autores.
Zweibel y Yamada también notaron que hay mucho trabajo por hacer en el problema del disparador. La formación de una delgada capa de corriente ha sido considerada como un requisito previo para una reconexión rápida, escriben. Sin embargo, la distribución de la energía que estalla en la energía solarbengalas "es una observación clave que las teorías desencadenantes deben explicar", afirman, e identificar la ley de poder detrás de la distribución "sigue siendo un objetivo distante pero importante". En las leyes de poder, una forma de energía varía como un poder de otra.
Con respecto al problema de la energía, recientemente se ha logrado un progreso importante, dicen los autores. Los experimentos realizados en el MRX en PPPL muestran que la reconexión convierte aproximadamente el 50 por ciento de la energía magnética, con un tercio de la conversión acelerando los electrones ydos tercios aceleran los iones en el plasma. "Estos resultados plantean la cuestión de si existe un principio universal para la partición de la energía convertida, un problema importante para futuras investigaciones", escriben.
La explicación del problema de escala, en el que los microprocesos pequeños producen grandes efectos globales, "sigue siendo extremadamente desafiante", afirman los autores. Sin embargo, se ha logrado mucho "progreso importante". Si bien los factores desencadenantes para la reconexión son principalmente globales, las fuentesde conversión de energía puede ser global o pequeña en escala. Por lo tanto, "la presencia de un continuo de escalas acopladas de microscópico a macroscópico puede ser el camino más probable para una reconexión rápida".
En adelante, los autores escriben que "las perspectivas de progreso futuro dependen de innovaciones exitosas continuas en la metodología. La combinación de experimentos de laboratorio, mediciones de plasma espacial y simulaciones numéricas está demostrando ser especialmente exitosa".centrarse "en las características especializadas de los plasmas naturales en todo el universo"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de física de plasma de Princeton . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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