Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы провели крупнейшее в мире моделирование турбулентности в астрофизической плазме. Исследование показало, что процесс магнитного пересоединения управляет нагревом солнечной атмосферы — короны. Физика этого процесса поможет лучше понять звездообразование, происхождение крупномасштабных магнитных полей во Вселенной и предсказывать космическую погоду.
Исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы воссоздать пересоединение — перезамыкания линий магнитного поля звезды, исходящих из разных доменов. Этот процесс разделяет и яростно снова соединяет магнитные поля в плазме звезды. Исследователи отмечают, что традиционные наблюдения с помощью наземных и даже космических обсерваторий не дают достаточного разрешения, чтобы наблюдать этот процесс в мельчайших деталях.
Физики использовали 200 млн ч компьютерного времени для крупнейшего в мире моделирования нагрева солнечной атмосферы. Моделирование показало, как быстрое повторное соединение силовых линий магнитного поля превращает крупномасштабную турбулентную энергию в небольшую внутреннюю энергию. Как следствие, турбулентная энергия эффективно преобразуется в тепловую энергию на малых масштабах, что приводит к перегреву короны.
В процессе моделирования ученые разрывают и соединяют линии магнитного поля, чтобы генерировать цепочки небольших скрученных линий, называемых плазмоидами. Это меняет понимание турбулентного энергетического каскада, которое было широко распространено более полувека, отмечают авторы исследования. Результаты работы связывают скорость передачи энергии с тем, как быстро растут плазмоиды, усиливая передачу энергии от больших масштабов к малым и сильно нагревая корону в этих масштабах.
Когда процесс пересоединения медленный, а турбулентный каскад быстрый, переключение магнитных полей не может повлиять на передачу энергии, говорят авторы исследования. Но когда скорость повторного замыкания становится достаточно высокой, оно может более эффективно преобразовывать энергию во внутреннюю, нагревая частицы.
