Forskere fanger spændende magnetiske bølger i aktion i Solens fotosfære

Forskere har bekræftet eksistensen af ​​magnetiske plasmabølger, kendt som Alfvén-bølger, i solens fotosfære. Studiet, udgivet i Natur astronomi , giver ny indsigt i disse fascinerende bølger, som først blev opdaget af den nobelprisvindende videnskabsmand Hannes Alfvén i 1947.

Disse bølgers enorme potentiale ligger i deres evne til at transportere energi og information over meget store afstande på grund af deres rent magnetiske natur. Den direkte opdagelse af disse bølger i solfotosfæren, det laveste lag af solatmosfæren, er det første skridt mod at udnytte egenskaberne ved disse magnetiske bølger.

Evnen for Alfvén-bølger til at transportere energi er også af interesse for sol- og plasma-astrofysik, da det kunne hjælpe med at forklare den ekstreme opvarmning af solatmosfæren - et mysterium, der har været uløst i over et århundrede.

Undvigende bølger

Alfvén-bølger dannes, når ladede partikler (ioner) oscillerer som reaktion på interaktioner mellem magnetfelter og elektriske strømme.

Inden for solatmosfæren bundter af magnetiske felter, kendt som solmagnetiske fluxrør, kan dannes. Alfvén-bølger vil dog manifestere sig i en af ​​to former i solmagnetiske fluxrør; enten aksesymmetriske vridningspertubationer (hvor symmetriske svingninger opstår omkring fluxrørets akse) eller antisymmetriske vridningspertubationer (hvor svingninger opstår som to hvirvler, der roterer i modsatte retninger i fluxrøret).

På trods af tidligere påstande, torsionelle Alfvén-bølger er aldrig blevet direkte identificeret i solfotosfæren, selv i deres simpleste form af aksesymmetriske svingninger af magnetiske fluxrør.

I dette studie, forskerne brugte højopløsningsobservationer af solens atmosfære, lavet af European Space Agency's imager IBIS, at bevise eksistensen af ​​anti-symmetriske torsionsbølger, som først blev forudsagt for næsten 50 år siden.

De fandt også ud af, at disse bølger kunne bruges til at udvinde enorme mængder energi fra solfotosfæren, bekræfter disse bølgers potentiale for en lang række forskningsområder og industrielle anvendelser.

Forskningen blev ledet af Dr. Marco Stangalini, Den italienske rumfartsorganisation (ASI, Italien) og videnskabsmænd fra syv andre forskningsinstitutter og universiteter, herunder Queen Marys Dr. David Tsiklauri og Ph.D. studerende Callum Boocock, var involveret i denne banebrydende opdagelse.

State-of-the-art simuleringer

Ud over disse observationer, forskere ved Queen Mary udførte numeriske simuleringer for at udforske excitationsmekanismerne i disse undvigende bølger.

Queen Mary-forskerne designede og opsatte en magnetohydrodynamisk (MHD) simulering, som bruges til at modellere dynamikken af ​​magnetiserede væsker som dem der findes i solens atmosfære, at gengive holdets observationer.

Dr. David Tsiklauri, Gæstelektor ved Queen Mary's School of Physics and Astronomy, sagde:"Det, der var forbløffende, er, at vores idé om, at lineært polariseret Alfvén Wave-drift i bunden af ​​et magnetisk fluxrør vil resultere i generering af torsionsoscillationer i hele fluxrøret, der gælder for en lang række fysiske parametre. Både observationer og simuleringer signalerede opdagelsen af ​​Alfvén-bølger."

Callum Boocock, en ph.d. studerende ved Queen Mary's School of Physics and Astronomy, sagde:"Observationerne af torsionelle Alfven-bølger lavet af Marco og hans team var bemærkelsesværdigt lig den adfærd, vi så i vores MHD-simuleringer, demonstrerer vigtigheden af ​​disse simuleringer for at opdage og forklare bølgegenereringsmekanismer."

Forskerne håber at kunne bruge de nye muligheder, der tilbydes af nyligt idriftsatte faciliteter, såsom Solar Orbiter-satellitten og det jordbaserede Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), at fortsætte med at forske i relevansen af ​​Alfvén-bølger og potentielt yderligere afsløre solens grundlæggende hemmeligheder.