Hurtig genforbindelse i turbulente medier

Soludbrud, ligner mange andre astrofysiske energetiske processer, er relateret til magnetisk genforbindelse. Under disse begivenheder overføres magnetisk energi fra andre former for energi, mest varme og energipartikler. Traditionelt set Målet med forskellige modeller for magnetisk genforbindelse var at forklare hastigheden af ​​denne energioverførsel. Imidlertid, flammerne er blot en af ​​de processer, der involverer magnetisk genforbindelse. Hvis man forestiller sig en kompleks bevægelse i et stærkt ledende medium, magnetfeltet, som antages at blive frosset ned i væsken som et resultat af den berømte Alfven (1942) sætning, skal skabe skæringspunkter af "knuder", der skal standse væskens bevægelse, medmindre den magnetiske genforbindelse er hurtig. Turbulente bevægelser, der er allestedsnærværende for astrofysiske væsker med højt Reynolds-tal, præsentere et typisk eksempel på sådanne komplekse væskebevægelser.

Den analytiske teori præsenteret i Lazarian &Vishniac (1999, fremover LV99) vidner om, at 3-D MHD-turbulens kan gøre den magnetiske genforbindelse hurtig, løse problemer relateret både til flares og til at forklare dynamikken i turbulente strømme. De numeriske vanskeligheder forbundet med simuleringerne af genforbindelse inden for 3-D turbulente strømme hæmmede fremskridtene med at teste forudsigelserne af den turbulente genforbindelsesteori. Som resultat, modeller, der kun krævede 2-D numeriske simuleringer, dvs. den plasmoide genforbindelse (Loreiro et al 2007), blev meget brugt og sammenlignet med observationer. Situationen har ændret sig for nylig, da numeriske simuleringer med højere opløsning blev tilgængelige, hvilket gjorde test af 3D-genforbindelse mulig.

En nylig anmeldelse i Lazarian et al. (2019, fremover LX19) opsummerer den teoretiske, numeriske og observationsmæssige fremskridt opnået inden for 3-D turbulent genforbindelse. Numeriske simuleringer af skalaen 2048x8982x2048 er illustreret i figur 1. Den store skala af simuleringerne er påkrævet for at have udstrømningen tyk nok til at få den turbulent. Disse simuleringer vidner om, at i 3-D er væksthastigheden af ​​plasmoid-ustabiliteten signifikant mindre end for Kelvin-Hemholtz-ustabiliteten af ​​udstrømningen. Derfor, i 3-D kan den magnetiske genforbindelse medieret af plasmoider kun forventes i den indledende fase af genforbindelsen, før det turbulente udløb dannes.

For et givet niveau af turbulens, de numeriske simuleringer viser den genforbindelseshastighed, der forventes ud fra LV99-teorien. Hvad angår flares, der involverer gentilslutning, de har en naturlig forklaring inden for den turbulente genkoblingsmodel. Ifølge modellen, niveauet af magnetisk genforbindelse stiger med niveauet af turbulens. Forøgelsen af ​​stofudstrømningen øger niveauet af turbulensen og dette, på tur, øger genforbindelseshastigheden yderligere. Dette er en løbende proces.

En af de mest dramatiske forudsigelser af den turbulente genforbindelsesteori er brud på fluxfrysning i turbulente væsker, den effekt, der også med succes blev demonstreret numerisk.

Plasmaeffekternes rolle er et meget omdiskuteret emne i litteraturen med simuleringer, der tager højde for plasmaeffekter, der normalt viser genforbindelseshastigheder hurtigere end dem i MHD-grænsen. I LX19 understøttes teoretiske argumenter om den faldende betydning af plasmaeffekterne med stigningen i længden af ​​den turbulente genforbindelsesregion af numeriske simuleringer. PIC-simuleringerne præsenteret i gennemgangen giver resultater, der er i overensstemmelse med dem, der er opnået med MHD-simuleringer.

LX19 indeholder en liste over observationer, der understøtter den turbulente genforbindelsesteori. Disse omfatter både solobservationer, målinger af solvind, data om Parker-spiralen, etc.

På grund af fremskridtene i 3-D numeriske simuleringer, modellen for turbulent genforbindelse har vist sin gyldighed. Modellen har et sæt forudsigelser, der kan testes observationsmæssigt. Undersøgelser af solgenopkobling, se Chitta &Lazarian (2019), give en god måde at teste forudsigelserne af den turbulente genforbindelsesteori.