La Universidad Queen Mary de Londres ha dirigido un estudio que describe la primera medición directa de cómo se transfiere la energía de los caóticos campos electromagnéticos en el espacio a las partículas que componen el viento solar. conduciendo al calentamiento del espacio interplanetario.

El estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza y realizado con la Universidad de Arizona y la Universidad de Iowa, muestra que un proceso conocido como amortiguación de Landau es responsable de transferir energía de la turbulencia del plasma electromagnético en el espacio a los electrones en el viento solar, provocando su energización.

Este proceso, nombrado en honor al físico ganador del premio Nobel Lev Landau (1908-1968), ocurre cuando una onda viaja a través de un plasma y las partículas de plasma que viajan a una velocidad similar absorben esta energía, que conduce a una reducción de la energía (amortiguación) de la ola.

Aunque este proceso se había medido anteriormente en algunas situaciones sencillas, no se sabía si seguiría funcionando en los plasmas altamente turbulentos y complejos que ocurren naturalmente en el espacio, o si habría un proceso completamente diferente.

En todo el universo la materia está en un estado de plasma energizado a temperaturas mucho más altas de lo esperado. Por ejemplo, la corona solar es cientos de veces más caliente que la superficie del Sol, un misterio que los científicos todavía están tratando de comprender.

También es vital comprender el calentamiento de muchos otros plasmas astrofísicos, como el medio interestelar y los discos de plasma que rodean los agujeros negros, para explicar algunos de los comportamientos extremos que se muestran en estos entornos.

Ser capaz de realizar mediciones directas de los mecanismos de energización del plasma en acción en el viento solar (como se muestra en este artículo por primera vez) ayudará a los científicos a comprender numerosas preguntas abiertas, como estos, sobre el universo.

Los investigadores descubrieron esto utilizando nuevas mediciones de alta resolución de la nave espacial Magnetospheric Multi-Scale (MMS) de la NASA (lanzada recientemente en 2015), junto con una técnica de análisis de datos recientemente desarrollada (la técnica de correlación campo-partículas).

El viento solar es la corriente de partículas cargadas (es decir, plasma) que proviene del Sol y llena todo nuestro sistema solar, y las naves espaciales MMS están ubicadas en el viento solar midiendo los campos y partículas dentro de él a medida que pasa.

El autor principal, el Dr. Christopher Chen, de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo:"El plasma es, con mucho, la forma más abundante de materia visible en el universo, ya menudo se encuentra en un estado altamente dinámico y aparentemente caótico conocido como turbulencia. Esta turbulencia transfiere energía a las partículas en el plasma, lo que conduce al calentamiento y la energización, haciendo que la turbulencia y el calentamiento asociado sean fenómenos muy generalizados en la naturaleza.

"En este estudio, Realizamos la primera medición directa de los procesos involucrados en el calentamiento turbulento en un plasma astrofísico natural. También verificamos la nueva técnica de análisis como una herramienta que puede usarse para sondear la energización del plasma y que puede usarse en una variedad de estudios de seguimiento sobre diferentes aspectos del comportamiento del plasma ".

El profesor Greg Howes de la Universidad de Iowa, quien co-ideó esta nueva técnica de análisis, dijo:"En el proceso de amortiguación Landau, el campo eléctrico asociado con las ondas que se mueven a través del plasma puede acelerar los electrones que se mueven con la velocidad justa junto con la onda, análogo a un surfista que atrapa una ola. Esta primera aplicación observacional exitosa de la técnica de correlación campo-partícula demuestra su promesa de responder desde hace mucho tiempo, preguntas fundamentales sobre el comportamiento y la evolución de los plasmas espaciales, como el calentamiento de la corona solar ".

Este documento también allana el camino para que la técnica se utilice en futuras misiones a otras áreas del sistema solar, como la sonda solar Parker de la NASA (lanzada en 2018) que está comenzando a explorar la corona solar y el entorno de plasma cerca del Sol por primera vez.