"Características tridimensionais da heliosfera externa devido ao acoplamento entre o campo magnético interestelar e heliosférico. V. A onda do arco, Camada Limite Heliosférica, Instabilidades, and Magnetic Reconnection "apareceu originalmente em agosto passado no Astrophysical Journal , uma publicação da American Astronomical Society. Mas o papel, cujos co-autores incluem dois pesquisadores da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH), recentemente recebeu atenção renovada graças aos seus insights exclusivos sobre fenômenos físicos que ocorrem na interface heliosférica.

O Dr. Nikolai Pogorelov e o Dr. Jacob Heerikhuisen são ambos membros do corpo docente do Departamento de Ciência Espacial e pesquisadores do Centro de Plasma Espacial e Pesquisa Aeronômica da UAH, do qual o Dr. Heerikhuisen atua como diretor associado. Suas colaborações anteriores incluem, entre dezenas de outros, co-autoria de artigos sobre prótons distribuídos em κ no vento solar e seu acoplamento de troca de carga ao hidrogênio energético e o efeito de novos parâmetros do meio interestelar na heliosfera e átomos energéticos neutros da fronteira interestelar.

Muito do seu trabalho envolve a resolução de modelos matemáticos complexos de processos físicos usando supercomputadores, em particular Blue Waters, como parte do Petascale Computing Research Allocation Program da National Science Foundation. Dr. Pogorelov, que atua como membro do Comitê Consultivo da Equipe de Ciência e Engenharia da Blue Waters, diz que ele e seus co-autores são gratos pelas oportunidades que o programa oferece.

Para este estudo, os pesquisadores estreitaram seu foco na heliopausa, a fronteira entre o vento solar e o meio interestelar local. Mais especificamente, eles esperavam explicar os dados observacionais obtidos da Voyager 1 e Voyager 2, As sondas espaciais da NASA lançadas em 1977, e o Interstellar Boundary Explorer, um satélite da NASA lançado em 2008.

"Precisávamos aumentar a resolução da grade tremendamente, para 'ampliar' a região perto da heliopausa, "diz o Dr. Pogorelov, um membro de 2017 da American Physical Society. "Portanto, usamos o refinamento da malha adaptativa em nossas simulações da interação do vento solar com o meio interestelar local." A equipe também empregou simulações de plasma magneto-hidrodinâmico 3-D / átomo cinético neutro, e, juntas, essas técnicas permitiram-lhes mostrar que uma camada limite distinta de densidade de plasma diminuída e campo magnético aumentado deve ser observada no lado interestelar da heliopausa.

"Fomos capazes de distinguir o aumento da densidade do plasma em toda a heliopausa do aumento adicional de densidade na camada limite heliosférica, "ele diz." E demonstramos que o comportamento da densidade simulada na camada limite heliosférica concorda bem com a frequência medida das ondas de plasma detectadas no meio interestelar local pelo instrumento de onda de plasma a bordo da Voyager 1. "

De um modo geral, a frequência do plasma deve continuar aumentando até que a espaçonave deixe a camada limite heliosférica. Contudo, efeitos dependentes do tempo, como o ciclo solar, podem resultar em períodos de frequência de plasma quase constante, que, por sua vez, são ultrapassados ​​pela tendência geral de aumento da densidade. Dr. Pogorelov e sua equipe argumentam que a camada limite heliosférica não é o resultado da anisotropia plasmática, como encontrado em camadas de depleção de plasma na magnetosfera terrestre; em vez, é devido à troca de carga entre átomos de H neutros e prótons.

Do ponto de vista do meio interestelar local, a densidade do plasma aumenta à medida que o meio interestelar local se aproxima da heliopausa até entrar na camada limite heliosférica. "A influência da troca de cargas nas quantidades à frente e atrás de um possível choque dentro de uma onda de proa foi descoberta algumas décadas atrás, ", diz ele." Mas temos sido capazes de distinguir a contribuição de um aumento relacionado ao choque para um aumento mais gradual dentro de uma chamada onda de arco. "Os resultados produzidos pelo modelo que a equipe usou foram consistentes com observações remotas e situadas do IBEX, Ulisses, e a nave espacial Voyager. "Foi demonstrado que a contribuição de um sub-choque é geralmente pequena em comparação com o aumento geral da densidade para vento solar realista e propriedades médias interestelares locais."

As simulações do modelo também foram capazes de mostrar que não há "salto" na magnitude do campo magnético através da heliopausa, reproduzindo a rotação do vetor do campo magnético através da heliopausa, de acordo com as observações da Voyager I. "O comportamento instável da heliopausa mostra que a Voyager 1 pode ter cruzado as regiões consecutivas ocupadas pelo vento solar e plasma médio interestelar local no caminho para o espaço interestelar, "diz o Dr. Pogorelov." Este cenário está em concordância qualitativa com as observações da Voyager I de um número de aumentos e diminuições consecutivas no fluxo de raios cósmicos galácticos. "

O sucesso final do estudo foi sua capacidade de demonstrar, pela primeira vez em simulações globais, que a interrupção da heliopausa pode ser devido à instabilidade do modo de lacrimejamento, possivelmente acompanhando a reconexão magnética. "Demonstramos que as observações da Voyager 1 e 2 na heliosfera interna entre o choque de terminação heliosférica e a heliopausa são consistentes com a dissipação do campo magnético heliosférico nas regiões varridas pela folha de corrente heliosférica global, que pode ser interpretado como o equador magnético do campo magnético heliosférico. "

Com esse conhecimento em mãos, os pesquisadores agora estão olhando para a próxima fase de seu estudo. "Nosso trabalho futuro visa investigar o efeito do vento solar e da turbulência do meio interestelar local na reconexão magnética e nas instabilidades próximas à heliopausa, "diz o Dr. Pogorelov." Em particular, queremos usar medições de propriedades turbulentas da Voyager 1 e Voyager 2, que estão disponíveis com altíssima precisão, e usar esses dados em simulações. Também podemos criar um modelo que descreva as propriedades da turbulência. "O resultado, ele continua, "será uma combinação de observação, teoria, e simulação "- e deve, sem dúvida, produzir percepções igualmente empolgantes sobre a heliopausa.