El físico de PPPL Yi-Min Huang. Crédito:Elle Starkman
Los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han descubierto condiciones clave que dan lugar a una reconexión magnética rápida, el proceso que desencadena las erupciones solares, auroras, y tormentas geomagnéticas que pueden interrumpir la transmisión de señales y otras actividades eléctricas, incluido el servicio de telefonía celular. El proceso ocurre cuando las líneas del campo magnético en plasma, el caliente, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, separarse y reconectarse violentamente, liberando grandes cantidades de energía. Esto sucede en finas láminas de plasma, llamadas hojas actuales, en el que la corriente eléctrica está fuertemente concentrada.
Al incorporar simulaciones por computadora, los hallazgos se suman a una teoría anterior de reconexión rápida desarrollada matemáticamente por físicos de PPPL y la Universidad de Princeton. Los nuevos resultados incorporan un modelo predictivo que brinda una descripción más completa de la física involucrada.
El impacto de la reconexión se puede sentir en todo el universo. El proceso puede causar enormes estallidos de radiación de rayos gamma que se cree que están asociados con explosiones de supernovas y la formación de estrellas de neutrones ultradensas y agujeros negros. "Un estallido de rayos gamma en nuestra Vía Láctea, si apunta hacia la Tierra, potencialmente podría causar un evento de extinción masiva, "dijo el físico de PPPL Yi-Min Huang, autor principal de un artículo que informa los hallazgos en Diario astrofísico . "Claramente, es importante saber cuándo, cómo, y por qué tiene lugar la reconexión magnética ".
Los científicos han observado que la reconexión ocurre de repente, después de un largo período de comportamiento inactivo por campos magnéticos dentro de las hojas de corriente. ¿Qué causa exactamente que los campos magnéticos se separen y se vuelvan a conectar? y ¿por qué la reconexión se produce más rápidamente de lo que la teoría dice que debería?
Usando simulaciones por computadora y análisis teórico, los físicos demostraron que un fenómeno llamado "inestabilidad plasmoide" crea burbujas dentro del plasma que pueden conducir a la reconexión cuando se cumplen ciertas condiciones:
Tomados en conjunto, estas condiciones permiten que las inestabilidades plasmoides den lugar a la reconexión en las hojas actuales. "Nuestro estudio sugiere que la interrupción de la hoja actual causada por la inestabilidad del plasmoide puede proporcionar un desencadenante, "Dijo Huang.
El disparador rompe láminas bidimensionales de corriente eléctrica dentro del plasma en burbujas, o plasmoides, y muchas hojas más pequeñas. El creciente número de hojas crea más oportunidades para que las líneas magnéticas se rompan y se unan. La reconexión también ocurre en más de un lugar, haciendo que aumente la tasa agregada de todo un sistema.
El tamaño más pequeño de las hojas actuales también acelera la reconexión. Las fuerzas electromagnéticas tienden a impulsar el plasma entre láminas, produciendo un movimiento que se acelera cuando las hojas se rompen en hojas más pequeñas. El plasma acelerado une las líneas magnéticas más rápidamente y conduce a tasas de reconexión más rápidas.
A Huang y sus compañeros físicos les gustaría probar su nuevo modelo utilizando máquinas experimentales con capacidad adicional. Si bien no existe tal máquina en la actualidad, los investigadores esperan con interés una nueva unidad que se pondrá en línea.
