Los plasmas, colecciones de iones y electrones similares a los gases, constituyen aproximadamente el 99 por ciento de la materia visible en el universo, incluido el sol, las estrellas y el medio gaseoso que impregna el espacio intermedio. La mayoría de estos plasmas,incluido el viento solar que fluye constantemente del sol y se extiende a través del sistema solar, existe en un estado turbulento. Cómo funciona esta turbulencia sigue siendo un misterio; es una de las áreas de investigación más dinámicas en física de plasma.
Ahora, dos investigadores han propuesto un nuevo modelo para explicar estos procesos turbulentos dinámicos.
Los hallazgos, por Nuno Loureiro, profesor asociado de ciencia nuclear e ingeniería y física en el MIT, y Stanislav Boldyrev, profesor de física en la Universidad de Wisconsin en Madison, se informan hoy en el Revista astrofísica . El artículo es el tercero de una serie de este año que explica aspectos clave de cómo se comportan estas colecciones turbulentas de partículas cargadas.
"Los plasmas de origen natural en el espacio y los entornos astrofísicos están enhebrados por campos magnéticos y existen en un estado turbulento", dice Loureiro. "Es decir, su estructura está muy desordenada en todas las escalas: si haces un acercamiento para mirar más y más de cercaen las briznas y remolinos que componen estos materiales, verá signos similares de estructura desordenada en cada nivel de tamaño ". Y aunque la turbulencia es un fenómeno común y ampliamente estudiado que ocurre en todo tipo de fluidos, la turbulencia que ocurre en los plasmases más difícil de predecir debido a los factores añadidos de las corrientes eléctricas y los campos magnéticos.
"La turbulencia de plasma magnetizada es fascinantemente compleja y notablemente desafiante", dice.
La reconexión magnética es un fenómeno complicado que Loureiro ha estado estudiando en detalle durante más de una década. Para explicar el proceso, da un ejemplo bien estudiado: "Si ves un video de una llamarada solar" cuando se arquea hacia afuera yluego se derrumba sobre la superficie del sol, "eso es una reconexión magnética en acción. Es algo que sucede en la superficie del sol que conduce a liberaciones explosivas de energía". La comprensión de Loureiro de este proceso de reconexión magnética ha proporcionado la base para el nuevo análisis.eso ahora puede explicar algunos aspectos de la turbulencia en plasmas.
Loureiro y Boldyrev descubrieron que la reconexión magnética debe desempeñar un papel crucial en la dinámica de la turbulencia del plasma, una percepción que, según dicen, cambia fundamentalmente la comprensión de la dinámica y las propiedades del espacio y los plasmas astrofísicos y "es de hecho un cambio conceptual en cómo unopiensa en las turbulencias ", dice Loureiro.
Las hipótesis existentes sobre la dinámica de la turbulencia en plasma "pueden predecir correctamente algunos aspectos de lo que se observa", dice, pero "conducen a inconsistencias".
Loureiro trabajó con Boldyrev, un destacado teórico sobre la turbulencia del plasma, y los dos se dieron cuenta de que "podemos solucionar esto fusionando esencialmente las descripciones teóricas existentes de la turbulencia y la reconexión magnética", explica Loureiro. Como resultado, "la imagen de la turbulencia se vuelvemodificado conceptualmente y conduce a resultados que coinciden más estrechamente con lo observado por los satélites que monitorean el viento solar y muchas simulaciones numéricas ".
Loureiro se apresura a agregar que estos resultados no prueban que el modelo sea correcto, pero muestran que es consistente con los datos existentes. "Definitivamente se necesita más investigación", dice Loureiro. "La teoría hace predicciones específicas y comprobables, pero estosson difíciles de verificar con las simulaciones y observaciones actuales "
Agrega: "La teoría es bastante universal, lo que aumenta las posibilidades de pruebas directas". Por ejemplo, hay alguna esperanza de que una nueva misión de la NASA, la Sonda Solar Parker, que se planea lanzar el próximo año y estará observandola corona del sol el anillo caliente de plasma alrededor del sol que solo es visible desde la Tierra durante un eclipse total podría proporcionar la evidencia necesaria. Esa sonda, dice Loureiro, se acercará más al sol que cualquier nave espacial anterior, ydebería proporcionar los datos más precisos sobre la turbulencia en la corona hasta el momento.
Recopilar esta información bien vale la pena, Loureiro dice: "La turbulencia juega un papel crítico en una variedad de fenómenos astrofísicos", incluidos los flujos de materia en el núcleo de los planetas y las estrellas que generan campos magnéticos a través de un efecto dinamo, eltransporte de material en discos de acreción alrededor de objetos centrales masivos como agujeros negros, el calentamiento de coronas estelares y vientos los gases constantemente expulsados de las superficies de las estrellas y la generación de estructuras en el medio interestelar que llena los vastos espacios entrelas estrellas. "Una comprensión sólida de cómo funciona la turbulencia en un plasma es clave para resolver estos problemas de larga data", dice.
Agrega, "Este trabajo se basa en un estudio pionero previo publicado por estos autores a principios de este año y lo extiende a un ámbito más amplio de plasmas sin colisión. Esto hace que la teoría resultante sea directamente aplicable a entornos de plasma más realistas encontrados en la naturaleza.Al mismo tiempo, este documento lleva a nuevas preguntas tentadoras sobre la turbulencia y la reconexión del plasma y, por lo tanto, abre nuevas direcciones de investigación, estimulando así los futuros esfuerzos de investigación en física espacial y astrofísica del plasma ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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