Como na Terra, tão no espaço. Uma missão de quatro satélites que está estudando a reconexão magnética - a quebra e a reconexão explosiva das linhas do campo magnético no plasma que ocorre em todo o universo - descobriu que os principais aspectos do processo no espaço são muito semelhantes aos encontrados em experimentos no Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE). As semelhanças mostram como os estudos se complementam:o laboratório captura importantes características globais de reconexão e a espaçonave documenta as propriedades principais locais à medida que ocorrem.

As observações feitas pela missão do Satélite Multiescala Magnetosférico (MMS), que a NASA lançou em 2015 para estudar a reconexão no campo magnético que circunda a Terra, correspondem muito bem com as descobertas de laboratório passadas e presentes do Experimento de reconexão magnética (MRX) no PPPL. Uma pesquisa anterior da MRX revelou o processo pelo qual ocorre a reconexão rápida e identificou a quantidade de energia magnética que é convertida em energia de partícula durante o processo, que dá origem às luzes do norte, explosões solares e tempestades geomagnéticas que podem interromper o serviço de telefonia celular, bloqueie as redes de energia e danifique os satélites em órbita.

Diretrizes para medições MMS

As descobertas anteriores do MRX serviram como diretrizes para as medições feitas pela missão MMS, que busca entender a região na qual a reconexão das linhas de campo no plasma - o estado da matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos, ou íons - ocorre. Os últimos experimentos PPPL estendem as descobertas a novas áreas de concordância. "Apesar das enormes diferenças no tamanho das camadas de reconexão no MRX e no espaço, características notavelmente semelhantes são observadas em ambos, "disse Masaaki Yamada, investigador principal do MRX, e autor principal do recente artigo relatando os resultados na edição de 6 de dezembro de Nature Communications .

A pesquisa de laboratório anterior examinou a reconexão "simétrica", em que a densidade dos plasmas em cada lado das regiões de reconexão são aproximadamente iguais. O novo artigo analisa a reconexão na magnetopausa - a região externa da magnetosfera - e no MRX que é "assimétrico, "o que significa que o plasma de um lado da região é pelo menos 10 vezes mais denso do que do outro. A missão do MMS concentrou sua pesquisa inicial no aspecto assimétrico da reconexão, já que o plasma do vento solar - as partículas carregadas que fluem do sol - é muito mais denso do que o plasma da magnetosfera.

No novo jornal, os pesquisadores examinam o que é chamado de física de reconexão de "dois fluidos", que descreve cada comportamento de íons e elétrons de maneira diferente durante o processo. Essa física domina a reconexão magnética nos sistemas de plasma MRX e magnetosférico, permitindo um nível sem precedentes de exame cruzado entre medições de laboratório e observações espaciais.

Principais conclusões

A seguir estão as principais descobertas dos dois fluidos, pesquisa assimétrica em MRX que se mostra em concordância impressionante com medições de comportamento de elétrons e íons por satélites espaciais e a conversão de energia magnética em energia de partículas. Simulações de computador ajudaram nestas descobertas:

• Elétrons. Os experimentos demonstraram que a corrente de elétrons flui perpendicularmente, e não paralelo como se pensava, para o campo magnético. Esse fluxo é a chave para a conversão da energia magnética em elétrons que ocorre em uma camada limite estreita chamada "região de difusão de elétrons", onde ocorre a reconexão rápida. A descoberta é consistente com as recentes medições de espaço MMS e novas no laboratório para reconexão assimétrica.
• Íons. A corrente de íons também flui perpendicularmente ao campo magnético, como no caso do elétron, e da mesma forma é a chave para a conversão da energia magnética do íon em energia da partícula. Para íons, essa conversão ocorre na "região de difusão de íons" mais ampla entre os plasmas convergentes e é um achado similarmente recente sobre a reconexão assimétrica em plasmas de laboratório.

Os experimentos MRX estudaram ainda diferentes aspectos da conversão nos casos simétricos e assimétricos. Na reconexão simétrica, 50 por cento da energia magnética foi previamente convertida em íons e elétrons, com um terço da conversão afetando os elétrons e dois terços acelerando os íons. A taxa de conversão total permanece aproximadamente a mesma no caso assimétrico, assim como a razão de conversão de energia para íons e elétrons.