Los físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han observado por primera vez directamente un fenómeno que anteriormente solo se había hipotetizado que existiera. El fenómeno, inestabilidades plasmoides que ocurren durante la reconexión magnética por colisión, hasta este año solo se había observado de forma indirecta mediante tecnología de teledetección. En un artículo publicado en la edición de agosto de 2016 de Cartas de revisión física , Los físicos de PPPL informan que crearon el fenómeno en un entorno de laboratorio donde podían medirlo directamente y confirmar su existencia en la escala de electrones. que describe el rango de movimiento de los electrones y la rapidez con que se mueven. Esta investigación fue financiada tanto por la Oficina de Ciencias del DOE como por la División de Heliofísica de la NASA.

Las inestabilidades plasmoides crean burbujas magnéticas dentro del plasma, gas supercaliente cuyos átomos se han separado en electrones y núcleos atómicos. Las burbujas magnéticas causan una rápida reconexión magnética, cuando las líneas del campo magnético de un plasma se rompen y se unen de nuevo, liberando grandes cantidades de energía. Antes de ahora, Los físicos de la NASA y otras instituciones solo habían podido confirmar directamente la existencia de estas inestabilidades en plasmas sin colisiones. como los que rodean la Tierra en la atmósfera superior, en el que las partículas de plasma no chocan con frecuencia.

Los científicos no habían podido confirmar la existencia de inestabilidades plasmoides en plasmas de colisión, en el que las partículas chocan con frecuencia, porque tales plasmas ocurren en el espacio exterior, lejos de la Tierra. Los plasmas de colisión como los de la superficie de las estrellas están tan lejos que los científicos tienen dificultades para medirlos directamente. Pero los físicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts y otros lugares habían predicho su existencia hace años.

Los científicos han obtenido, sin embargo, evidencia indirecta de inestabilidades plasmoides en el espacio exterior. Usando telescopios y espectroscopios, así como instalaciones de fusión como el antiguo dispositivo insignia de PPPL conocido como National Spherical Torus Experiment (NSTX), que desde entonces se ha actualizado, los científicos tomaron fotografías y analizaron la luz que insinuaba la existencia de las inestabilidades. Pero sin medidas directas, no pudieron confirmar la existencia de inestabilidades.

"Estos hallazgos son significativos porque los datos recopilados en experimentos pasados ​​de reconexión magnética que involucran plasma sin colisiones no se aplican a los grandes, plasmas de colisión que se encuentran en todo el espacio, "dijo Hantao Ji, profesor del Departamento de Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton, distinguido miembro de PPPL, y coautor del artículo. "Los científicos han tenido dificultades durante mucho tiempo para estudiar estos plasmas porque es difícil crear las condiciones necesarias en la Tierra, y no podemos simplemente pegar sondas directamente en las estrellas. Ahora tenemos un vistazo a su funcionamiento ".

Durante la investigación, El autor principal y estudiante de posgrado Jonathan Jara-Almonte y el equipo utilizaron un dispositivo PPPL conocido como Experimento de Reconexión Magnética (MRX). A diferencia de los experimentos anteriores, Jara-Almonte y su equipo utilizaron un plasma hecho de átomos de argón, en lugar de hidrógeno, deuterio o helio. Usando argón, ellos encontraron, les permitió producir condiciones para la reconexión por colisión dentro del plasma más fácilmente.

Además de confirmar la existencia de inestabilidades plasmoides en plasmas de colisión que experimentan reconexión, la investigación mostró que pueden surgir inestabilidades incluso cuando un plasma no conduce bien la electricidad, una condición conocida como tener un número de Lundquist bajo que los científicos pensaron que obstaculizaría el desarrollo del plasmoide. Este fue un hallazgo sorprendente, ya que los científicos han predicho durante mucho tiempo que los plasmoides se formarían solo cuando un plasma conduce bien la electricidad.

"El panorama general es que estos resultados plantean algunas preguntas sobre la teoría de la inestabilidad plasmoide que aún no han sido respondidas, ", dijo Jara-Almonte." Los resultados plantean preguntas sobre lo que realmente está sucediendo en otros sistemas ".

El experimento MRX también confirmó que los plasmoides aceleran la velocidad a la que se produce la reconexión, la primera vez que se observa el efecto en un entorno de colisión. Es importante comprender qué tan rápido ocurre la reconexión porque puede afectar a la Tierra de manera dramática. Cuando ocurre la reconexión en la superficie del sol, enormes gotas de plasma se disparan al espacio y pueden chocar con el campo magnético de la Tierra, creando tormentas geomagnéticas que amenazan los satélites de comunicación y las redes eléctricas.