Os cientistas estão mais perto do que nunca de desvendar um processo chamado reconexão magnética, que desencadeia fenômenos explosivos em todo o universo. Erupções solares, Luzes do norte e tempestades geomagnéticas que podem interromper o serviço de telefonia celular e bloquear as redes de energia são todas ativadas por linhas de campo magnético que convergem, romper e se reconectar violentamente de maneiras que não são totalmente compreendidas.
Agora os físicos Masaaki Yamada do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) e Ellen Zweibel da University of Wisconsin-Madison forneceram uma perspectiva importante sobre quatro problemas-chave na reconexão magnética em um artigo publicado em 7 de dezembro no Jornal britânico Anais da Royal Society A . Sua pesquisa se concentra em como as linhas de campo embutidas no plasma, o calor, gás carregado composto de elétrons e núcleos atômicos - ou íons - que constituem 99 por cento do universo visível, se comporte como eles. As descobertas são relevantes para astrofísica e experimentos de fusão controlados magneticamente, qual reconexão pode encerrar.
O extenso, Papel de 30 páginas, que o jornal convidou, aumenta a compreensão de quatro enigmas profundos e antigos:
Yamada e Zweibel, vencedores do Prêmio James Clerk Maxwell em Física do Plasma em 2015 e 2016, respectivamente, faça uma abordagem abrangente dessas questões. O prêmio, concedido pela American Physical Society Division of Plasma Physics, homenageia suas contribuições para a dinâmica de reconexão e para a astrofísica de plasma. Seu artigo combina dados coletados de avistamentos de satélite e o Experimento de reconexão magnética (MRX) no PPPL, junto com a teoria e simulação de computador, para fornecer uma visão detalhada desses processos intrigantes.
Sobre o problema da taxa, os autores observam que foram identificados dois caminhos para uma reconexão rápida. Em primeiro, a reconexão rápida ocorre quando elétrons magnetizados e íons desmagnetizados se comportam de maneira diferente, causando um fenômeno denominado efeito Hall na camada de reconexão. No segundo, um processo chamado instabilidade plasmóide quebra finas camadas de corrente em ilhas magnéticas que produzem uma rápida reconexão (veja o artigo relacionado aqui). "Caracterizar a instabilidade plasmóide em um grande plasma de laboratório é um objetivo para pesquisas futuras, "escrevem os autores.
Também há muito trabalho a ser feito no problema do gatilho, Zweibel e Yamada notaram. A formação de uma fina folha atual tem sido considerada um pré-requisito para uma reconexão rápida, eles escrevem. Contudo, distribuição da energia que irrompe em erupções solares "é uma observação-chave que as teorias desencadeadoras devem explicar, "eles afirmam, e identificar a lei de potência por trás da distribuição "continua sendo uma meta distante, mas importante". Nas leis de potência, uma forma de energia varia como uma potência de outra.
Com relação ao problema energético, progresso importante foi feito recentemente, dizem os autores. Experimentos conduzidos no MRX no PPPL mostram que a reconexão converte cerca de 50 por cento da energia magnética, com um terço da conversão acelerando os elétrons e dois terços acelerando os íons no plasma. "Esses resultados levantam a questão de saber se existe um princípio universal para a partição da energia convertida, um problema importante para pesquisas futuras, " eles escrevem.
Uma explicação do problema de escala, em que minúsculos microprocessos produzem grandes efeitos globais, "continua extremamente desafiador, "afirmam os autores. No entanto, muito "progresso importante" foi feito. Embora os gatilhos para reconexão sejam principalmente globais, as fontes de conversão de energia podem ser globais ou de pequena escala. Portanto, "a presença de um contínuo de escalas acopladas de microscópicas a macroscópicas pode ser o caminho mais provável para uma reconexão rápida."
Daqui para frente, os autores escrevem isso, "as perspectivas de progresso futuro dependem de inovações bem-sucedidas e contínuas na metodologia. A combinação de experimentos de laboratório, medições de plasma espacial e simulações numéricas estão provando ser especialmente bem-sucedidas. "Tais desenvolvimentos levarão pesquisas futuras a se concentrarem" nas características especializadas dos plasmas naturais em todo o universo. "
