"Características tridimensionales de la heliosfera exterior debido al acoplamiento entre el campo magnético interestelar y heliosférico. V. La onda de proa, Capa límite heliosférica, Inestabilidades y Reconexión Magnética "apareció originalmente el pasado agosto en el Diario astrofísico , una publicación de la Sociedad Astronómica Estadounidense. Pero el papel cuyos coautores incluyen a dos investigadores de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), ha recibido recientemente una atención renovada gracias a sus conocimientos únicos sobre los fenómenos físicos que ocurren en la interfaz heliosférica.

El Dr. Nikolai Pogorelov y el Dr. Jacob Heerikhuisen son miembros de la facultad del Departamento de Ciencias Espaciales e investigadores del Centro de Investigación Aeronómica y Plasma Espacial de la UAH. del cual el Dr. Heerikhuisen se desempeña como director asociado. Sus colaboraciones anteriores incluyen, entre decenas de otros, coautores de artículos sobre protones distribuidos en κ en el viento solar y su acoplamiento de intercambio de carga con el hidrógeno energético y el efecto de los nuevos parámetros del medio interestelar en la heliosfera y los átomos neutrales energéticos del límite interestelar.

Gran parte de su trabajo consiste en resolver modelos matemáticos complejos de procesos físicos utilizando supercomputadoras, en particular Blue Waters, como parte del Programa de Asignación de Investigación en Computación Petascale de la National Science Foundation. Dr. Pogorelov, quien se desempeña como miembro del Comité Asesor del Equipo de Ciencia e Ingeniería de Blue Waters, dice que él y sus coautores están agradecidos por las oportunidades que brinda el programa.

Para este estudio, los investigadores limitaron su enfoque en la heliopausa, el límite entre el viento solar y el medio interestelar local. Más específicamente, esperaban explicar los datos de observación obtenidos de la Voyager 1 y la Voyager 2, Sondas espaciales de la NASA lanzadas en 1977, y el Explorador de límites interestelares, un satélite de la NASA lanzado en 2008.

"Necesitábamos aumentar enormemente la resolución de la red, para 'acercar' a la región cercana a la heliopausa, "dice el Dr. Pogorelov, miembro de 2017 de la Sociedad Estadounidense de Física. "Así que utilizamos el refinamiento de malla adaptativa en nuestras simulaciones de la interacción del viento solar con el medio interestelar local". El equipo también empleó simulaciones de átomo neutro cinético / plasma magnetohidrodinámico 3-D, y en conjunto, esas técnicas les permitieron demostrar que en el lado interestelar de la heliopausa debería observarse una capa límite distinta de densidad plasmática reducida y campo magnético mejorado.

"Pudimos distinguir el aumento de la densidad del plasma a través de la heliopausa del mayor aumento de densidad en la capa límite heliosférica, ", dice." Y demostramos que el comportamiento de la densidad simulada en la capa límite heliosférica concuerda bien con la frecuencia medida de las ondas de plasma detectadas en el medio interestelar local por el instrumento de ondas de plasma a bordo de la Voyager 1 ".

Generalmente hablando, la frecuencia del plasma debería seguir aumentando hasta que la nave espacial abandone la capa límite heliosférica. Sin embargo, Los efectos dependientes del tiempo, como el ciclo solar, pueden dar lugar a períodos de frecuencia plasmática casi constante. que a su vez se ven superados por la tendencia general al aumento de la densidad. El Dr. Pogorelov y su equipo argumentan que la capa límite heliosférica no es el resultado de la anisotropía del plasma, como se encuentra en las capas de agotamiento del plasma en la magnetosfera de la Tierra; bastante, se debe al intercambio de carga entre los átomos de H neutros y los protones.

Desde la perspectiva del medio interestelar local, la densidad del plasma aumenta a medida que el medio interestelar local se acerca a la heliopausa hasta que entra en la capa límite heliosférica. "La influencia del intercambio de carga en las cantidades delante y detrás de un posible choque dentro de una onda de proa se descubrió hace algunas décadas, ", dice." Pero hemos podido distinguir la contribución de un aumento relacionado con el impacto a un aumento más gradual dentro de la llamada onda de proa ". Los resultados producidos por el modelo que utilizó el equipo fueron consistentes con observaciones remotas y en el lugar del IBEX, Ulises, y la nave espacial Voyager. "Se ha demostrado que la contribución de un sub-choque suele ser pequeña en comparación con el aumento de densidad general para el viento solar realista y las propiedades del medio interestelar local".

Las simulaciones del modelo también pudieron mostrar que no hay "salto" en la magnitud del campo magnético a través de la heliopausa al reproducir la rotación del vector del campo magnético a través de la heliopausa, de acuerdo con las observaciones de la Voyager I. "El comportamiento inestable de la heliopausa muestra que la Voyager 1 puede haber estado cruzando las regiones consecutivas ocupadas por el viento solar y el plasma medio interestelar local en el camino hacia el espacio interestelar, ", dice el Dr. Pogorelov." Este escenario está en concordancia cualitativa con las observaciones de la Voyager I de una serie de aumentos y disminuciones consecutivos en el flujo de rayos cósmicos galácticos ".

El éxito final del estudio fue su capacidad para demostrar, por primera vez en simulaciones globales, que la interrupción de la heliopausa puede deberse a la inestabilidad del modo lagrimeo, posiblemente acompañando a la reconexión magnética. "Hemos demostrado que las observaciones de las Voyager 1 y 2 en la heliovaina interna entre el choque de terminación heliosférica y la heliopausa son consistentes con la disipación del campo magnético heliosférico en las regiones barridas por la capa de corriente heliosférica global, que puede interpretarse como el ecuador magnético del campo magnético heliosférico ".

Con este conocimiento en la mano, los investigadores ahora miran hacia la siguiente fase de su estudio. "Nuestro trabajo futuro tiene como objetivo investigar el efecto del viento solar y la turbulencia media interestelar local en la reconexión magnética y las inestabilidades cerca de la heliopausa, "dice el Dr. Pogorelov." En particular, queremos usar mediciones de propiedades turbulentas de Voyager 1 y Voyager 2, que están disponibles con muy alta precisión, y utilizar estos datos en simulaciones. También podemos crear un modelo que describa las propiedades de la turbulencia ". El resultado, él continúa, "será una combinación de observación, teoría, y simulación ", y sin duda debería arrojar conocimientos igualmente interesantes sobre la heliopausa.