Plasmas, coleções de íons e elétrons semelhantes a gás, compõem cerca de 99 por cento da matéria visível no universo, incluindo o sol, as estrelas, e o meio gasoso que permeia o espaço intermediário. A maioria desses plasmas, incluindo o vento solar que flui constantemente do sol e varre o sistema solar, existem em um estado turbulento. Como essa turbulência funciona permanece um mistério; é uma das áreas de pesquisa mais dinâmicas da física do plasma.

Agora, dois pesquisadores propuseram um novo modelo para explicar esses processos turbulentos dinâmicos.

As evidências, por Nuno Loureiro, um professor associado de ciência nuclear e engenharia e de física no MIT, e Stanislav Boldyrev, professor de física da Universidade de Wisconsin em Madison, são relatados hoje no Astrophysical Journal . O artigo é o terceiro de uma série neste ano que explica os principais aspectos de como essas coleções turbulentas de partículas carregadas se comportam.

"Plasmas que ocorrem naturalmente no espaço e em ambientes astrofísicos são entrelaçados por campos magnéticos e existem em um estado turbulento, "Loureiro diz." Quer dizer, sua estrutura é altamente desordenada em todas as escalas:se você aumentar o zoom para olhar mais e mais de perto os fios e redemoinhos que compõem esses materiais, você verá sinais semelhantes de estrutura desordenada em todos os níveis de tamanho. "E embora a turbulência seja um fenômeno comum e amplamente estudado que ocorre em todos os tipos de fluidos, a turbulência que acontece nos plasmas é mais difícil de prever por causa dos fatores adicionais de correntes elétricas e campos magnéticos.

"A turbulência de plasma magnetizado é fascinantemente complexa e extremamente desafiadora, " ele diz.

A reconexão magnética é um fenômeno complicado que Loureiro vem estudando detalhadamente há mais de uma década. Para explicar o processo, ele dá um exemplo bem estudado:"Se você assistir a um vídeo de uma erupção solar" enquanto ela se arqueia para fora e depois cai de volta na superfície do sol, "Isso é reconexão magnética em ação. É algo que acontece na superfície do sol que leva a liberações explosivas de energia." A compreensão de Loureiro sobre esse processo de reconexão magnética forneceu a base para a nova análise que agora pode explicar alguns aspectos da turbulência nos plasmas.

Loureiro e Boldyrev descobriram que a reconexão magnética deve desempenhar um papel crucial na dinâmica da turbulência do plasma, uma visão que eles dizem que muda fundamentalmente a compreensão da dinâmica e das propriedades do espaço e dos plasmas astrofísicos e "é de fato uma mudança conceitual em como se pensa sobre turbulência, "Diz Loureiro.

As hipóteses existentes sobre a dinâmica da turbulência do plasma "podem prever corretamente alguns aspectos do que é observado, " ele diz, mas eles "levam a inconsistências".

Loureiro trabalhou com Boldyrev, um dos principais teóricos da turbulência do plasma, e os dois perceberam "podemos consertar isso essencialmente fundindo as descrições teóricas existentes de turbulência e reconexão magnética, "Loureiro explica. Como resultado, “a imagem da turbulência é modificada conceitualmente e leva a resultados que se aproximam mais do que foi observado por satélites que monitoram o vento solar, e muitas simulações numéricas. "

Loureiro se apressa em acrescentar que esses resultados não comprovam que o modelo está correto, mas mostre que é consistente com os dados existentes. "Mais pesquisas são definitivamente necessárias, "Diz Loureiro." A teoria torna específico, previsões testáveis, mas isso é difícil de verificar com as simulações e observações atuais. "

Ele adiciona, "A teoria é bastante universal, o que aumenta as possibilidades de testes diretos. "Por exemplo, há esperança de que uma nova missão da NASA, a Parker Solar Probe, que está planejado para ser lançado no próximo ano e estará observando a coroa do sol (o anel quente de plasma ao redor do sol que só é visível da Terra durante um eclipse total), poderia fornecer as evidências necessárias. Essa sonda, Loureiro diz, estará indo mais perto do sol do que qualquer outra nave anterior, e deve fornecer os dados mais precisos sobre turbulência na corona até o momento.

Vale a pena coletar essas informações, Loureiro diz:"A turbulência desempenha um papel crítico em uma variedade de fenômenos astrofísicos, "incluindo os fluxos de matéria no núcleo dos planetas e estrelas que geram campos magnéticos por meio de um efeito dínamo, o transporte de material em discos de acreção em torno de objetos centrais massivos, como buracos negros, o aquecimento de coronas estelares e ventos (os gases são constantemente soprados para longe da superfície das estrelas), e a geração de estruturas no meio interestelar que preenche os vastos espaços entre as estrelas. "Uma compreensão sólida de como a turbulência funciona em um plasma é a chave para resolver esses problemas de longa data, " ele diz.

"Este importante estudo representa um passo significativo em direção a uma compreensão física mais profunda da turbulência de plasma magnetizado, "diz Dmitri Uzdensky, um professor associado de física da Universidade do Colorado, que não estava envolvido neste trabalho. "Ao elucidar conexões profundas e interações entre dois processos de plasma ubíquos e fundamentais - turbulência magnetohidrodinâmica e reconexão magnética - esta análise muda nosso quadro teórico de como a energia dos movimentos de plasma turbulento em cascata de escalas grandes a pequenas."

Ele adiciona, "Este trabalho se baseia em um estudo pioneiro anterior publicado por esses autores no início deste ano e o estende a um domínio mais amplo de plasmas sem colisão. Isso torna a teoria resultante diretamente aplicável a ambientes de plasma mais realistas encontrados na natureza. Ao mesmo tempo, este artigo leva a novas questões tentadoras sobre a turbulência e reconexão do plasma e, assim, abre novas direções de pesquisa, portanto, estimulando futuros esforços de pesquisa em física espacial e astrofísica de plasma. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.