Nye fund afslører opførsel af turbulens i den usædvanligt varme solcorona

Solen trodser konventionel videnskabelig forståelse. Dens øvre atmosfære, kendt som corona, er mange millioner grader varmere end dens overflade. Astrofysikere er ivrige efter at lære, hvorfor coronaen er så varm, og forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har afsluttet forskning, der kan fremme søgningen.

Forskerne fandt ud af, at dannelse af magnetbobler kendt som plasmoider i en ledende væske som plasma - den varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner, som solen er lavet af - kan påvirke udviklingen af ​​turbulens i væsken. Turbulensen påvirker derefter, hvordan varmen strømmer gennem solen og andre astrofysiske objekter.

De nye fund tyder på, at dannelsen af ​​plasmoider i aflange strømplader i plasmaet hjælper med at ændre store turbulente hvirvler til mindre boble-lignende strukturer. Denne proces skaber lokaliserede intense elektriske strømplader i plasmaet, der påvirker den hastighed, hvormed magnetisk energi forsvinder i solen, når den strømmer mod corona.

"Indtil nu, ingen havde undersøgt ved direkte numerisk simulering, hvordan plasmoider kan ændre det turbulente energispektrum i en ledende væske, "sagde fysiker Chuanfei Dong fra PPPL og Princeton University Department of Astrophysical Sciences, hovedforfatter til rapporten om resultaterne i Fysisk gennemgangsbreve . "Vores simuleringer viser, at dannelsen af ​​magnetiske bobler i en turbulent ledende væske får de turbulente hvirvler til at overgå fra store skalaer til små skalaer mere effektivt end tidligere antaget."

Dannelsen af ​​plasmoider hjælper denne overgang ved at adskille de diskrete grænser for ark af elektriske strømme i det ledende væske, tillader arkene at danne mindre, fraktallignende strukturer.

Resultaterne gælder ikke kun for solen, men også til astrofysiske genstande som akkretionsskiver - støv- og stenskyer, der cirkler tætte genstande som sorte huller og kan falde sammen til stjerner og planeter. "Den mindste aktuelle arkstørrelse i magnetohydrodynamisk turbulens kan være mindre end tidligere forudsagt, "Sagde Dong." Så de nuværende ark bliver mere intense, før de forsvinder. Som resultat, dette arbejde kan give en grundlæggende forståelse af de skalaer, hvor koronal opvarmning forekommer. "

Forskere udførte deres simuleringer på supercomputere på steder, der spænder fra National Energy Research Scientific Computing Center, en DOE -brugerfacilitet, til National Science Foundation's Cheyenne -supercomputer på National Center for Atmospheric Research. Fremtidig forskning kan indebære at udvide simuleringen til at omfatte tre dimensioner. "Vi startede i to dimensioner, men den virkelige verden er 3-D, "Sagde Dong." Så hvad er billedet i 3D? Indtil nu, ingen ved."