La turbulencia es omnipresente en la naturaleza. Existe en todas partes, desde nuestra vida cotidiana hasta el universo distante, aunque Richard Feynman lo etiqueta como "el último gran problema sin resolver de la física clásica". La Prof. Dra. Huirong Yan y su grupo del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Potsdam y DESY han descubierto un fenómeno predicho desde hace mucho tiempo:la transición de débil a fuerte en la turbulencia del plasma espacial de pequeña amplitud.
El descubrimiento se realizó analizando datos de la misión Cluster de la ESA, una constelación de cuatro naves espaciales que vuelan en formación alrededor de la Tierra e investigan cómo interactúan el Sol y la Tierra. La investigación se publica en la revista Nature Astronomy. .
La transición de débil a fuerte en la turbulencia alfvénica es la predicción más crítica, aunque no confirmada observacionalmente, de la teoría de la turbulencia magnetohidrodinámica (MHD) en las últimas tres décadas. Es excepcionalmente difícil porque aún no estaba disponible el muestreo tridimensional de las fluctuaciones de turbulencia. Por lo tanto, el equipo de investigación desarrolló nuevos métodos de análisis de múltiples naves espaciales para obtener información tridimensional sobre la velocidad y las fluctuaciones del campo magnético, permitiendo comparaciones directas entre las observaciones y la teoría.
"La confirmación observacional de la transición de débil a fuerte resuelve el último enigma de la teoría de la turbulencia MHD:demuestra que la turbulencia se autoorganiza desde fluctuaciones lineales en forma de ondas 2D hasta fuertes turbulencias 3D durante la cascada de energía (es decir, transferencia de energía a través de escalas) con una no linealidad creciente, independientemente del nivel inicial de perturbaciones, lo que destaca la universalidad de las fuertes turbulencias MHD", afirma Huirong Yan, profesor de astrofísica del plasma en la Universidad de Potsdam y científico líder en DESY.
Como resultado, esos hallazgos profundizan sustancialmente nuestro conocimiento sobre la turbulencia ubicua, y sus implicaciones se extienden más allá del estudio de la turbulencia misma, hasta el transporte y la aceleración de partículas, la reconexión magnética, la formación de estrellas y todos los demás procesos físicos relevantes desde nuestra Tierra hasta el universo remoto.
Más información: Siqi Zhao et al, Identificación de la transición de débil a fuerte en la turbulencia alfvénica del plasma espacial, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02249-0
Información de la revista: Astronomía de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Potsdam