Los científicos están más cerca que nunca de desentrañar un proceso llamado reconexión magnética que desencadena fenómenos explosivos en todo el universo. Erupciones solares, Las auroras boreales y las tormentas geomagnéticas que pueden interrumpir el servicio de telefonía celular y apagar las redes eléctricas son desencadenadas por líneas de campo magnético que convergen, separarse y reconectarse violentamente de maneras que no se comprenden completamente.
Ahora, los físicos Masaaki Yamada del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y Ellen Zweibel de la Universidad de Wisconsin-Madison han proporcionado una perspectiva importante sobre cuatro problemas clave en la reconexión magnética en un artículo publicado el 7 de diciembre en el Revista británica Actas de la Royal Society A . Su investigación se centra en cómo las líneas de campo incrustadas en plasma, el caliente, gas cargado compuesto de electrones y núcleos atómicos, o iones, que constituye el 99 por ciento del universo visible, comportarse como ellos. Los hallazgos son relevantes tanto para la astrofísica como para los experimentos de fusión controlados magnéticamente. cuya reconexión puede cerrarse.
El extenso, Papel de 30 páginas, que la revista invitó, Avanza en la comprensión de cuatro acertijos profundos y de larga data:
Yamada y Zweibel, ganadores del premio James Clerk Maxwell en física del plasma en 2015 y 2016, respectivamente, adoptar un enfoque integral de estos problemas. El premio, otorgado por la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física, honra sus contribuciones a la dinámica de la reconexión y a la astrofísica del plasma. Su artículo combina datos obtenidos de avistamientos de satélites y el Experimento de Reconexión Magnética (MRX) en PPPL, junto con la teoría y la simulación por computadora, para proporcionar una vista detallada de estos desconcertantes procesos.
Sobre el problema de las tarifas, los autores señalan que se han identificado dos caminos para la reconexión rápida. En el primero, la reconexión rápida tiene lugar cuando los electrones magnetizados y los iones desmagnetizados se comportan de manera diferente, causando un fenómeno llamado efecto Hall en la capa de reconexión. En el segundo, un proceso llamado inestabilidad plasmoide rompe las delgadas capas de corriente en islas magnéticas que producen una rápida reconexión (ver artículo relacionado aquí). "Caracterizar la inestabilidad plasmoide en un gran plasma de laboratorio es un objetivo para futuras investigaciones, "escriben los autores.
También hay mucho trabajo por hacer en el problema del gatillo, Zweibel y Yamada notaron. La formación de una capa delgada de corriente se ha considerado durante mucho tiempo un requisito previo para una reconexión rápida, escriben. Sin embargo, distribución de la energía que estalla en erupciones solares "es una observación clave que las teorías desencadenantes deben explicar, "ellos afirman, e identificar la ley de poder detrás de la distribución "sigue siendo un objetivo lejano pero importante". En las leyes de poder, una forma de energía varía como el poder de otra.
En cuanto al problema energético, se han logrado avances importantes recientemente, dicen los autores. Los experimentos realizados en el MRX en PPPL muestran que la reconexión convierte aproximadamente el 50 por ciento de la energía magnética, con un tercio de la conversión acelerando los electrones y dos tercios acelerando los iones en el plasma. "Estos resultados plantean la cuestión de si existe un principio universal para la partición de la energía convertida, un problema importante para futuras investigaciones, " escriben.
Una explicación del problema de la escala, en el que pequeños microprocesos producen grandes efectos globales, "sigue siendo un gran desafío, "afirman los autores. No obstante, se ha logrado mucho "progreso importante". Si bien los factores desencadenantes de la reconexión son en su mayoría globales, las fuentes de conversión de energía pueden ser globales o de pequeña escala. Por lo tanto, "La presencia de un continuo de escalas acopladas de microscópicas a macroscópicas puede ser el camino más probable para una reconexión rápida".
Avanzando, los autores escriben eso, "las perspectivas de progreso futuro dependen de las continuas innovaciones metodológicas con éxito. La combinación de experimentos de laboratorio, las mediciones de plasma espacial y las simulaciones numéricas están demostrando ser especialmente exitosas. "Tales desarrollos llevarán a que las investigaciones futuras se centren" en las características especializadas de los plasmas naturales en todo el universo ".
