Reconexão magnética rápida, a rápida convergência, separação e encaixe explosivo de linhas de campo magnético, dá origem às luzes do norte, explosões solares e tempestades geomagnéticas que podem interromper o serviço de telefonia celular e as redes de energia elétrica. O fenômeno ocorre no plasma, o estado da matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos, ou íons, isso representa 99 por cento do universo visível. Mas se a reconexão rápida pode ocorrer em plasma parcialmente ionizado - plasma que inclui átomos, bem como elétrons e íons livres - não é bem compreendido.

Pesquisadores do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) já produziram o primeiro modelo totalmente cinético do comportamento das partículas de plasma e descobriram que a reconexão rápida pode de fato ocorrer em sistemas parcialmente ionizados. Modelos cinéticos simulam a distribuição e velocidade de bilhões de partículas, em comparação com os modelos de fluido que tratam o plasma como um meio contínuo, em vez de uma coleção de partículas individuais.

"Existe toda uma classe de plasmas parcialmente ionizados cuja ligação com a reconexão não foi bem estudada, "disse o físico Jonathan Jara-Almonte, autor principal de um artigo em Cartas de revisão física que relata as descobertas recentes. "Agora demonstramos que a reconexão rápida pode ocorrer em sistemas parcialmente ionizados."

Por exemplo, a pesquisa sugere que a reconexão rápida no plasma parcialmente ionizado na cromosfera solar, a região entre a superfície do sol e a coroa solar semelhante a um halo, poderia desempenhar um papel no desenvolvimento de fluxos de jato. Esses fluxos são uma possível fonte do vento solar que bate forte, plasma carregado fora do campo magnético da Terra.

Implicações importantes

A reconexão rápida em plasma parcialmente ionizado tem implicações importantes para o meio interestelar, as vastas nuvens de gás e poeira que enchem o cosmos entre as estrelas. O frio, regiões densas do meio interestelar onde as estrelas se formam são apenas muito pobremente ionizadas, e a reconexão rápida ocorrendo dentro dessas regiões pode ajudar a remover campos magnéticos que impedem a formação de estrelas.

Compreender quando e onde a reconexão rápida ocorre continua sendo um problema não resolvido, e as previsões analíticas anteriores para plasmas parcialmente ionizados baseavam-se na extrapolação de plasmas totalmente ionizados. As novas simulações, realizada em computadores na Universidade de Princeton, demonstraram que a transição para a reconexão rápida ocorre apenas quando a folha atual é muito mais fina do que o previsto. Os resultados sugerem que o transporte de plasma e calor é diferente em plasmas parcialmente ionizados e pode alterar como e quando ocorre a reconexão.

Essas descobertas se concentram na reconexão em uma escala muito pequena, ao contrário do processo que ocorre na cromosfera solar. Apesar disso, a simulação provou ser compatível com a reconexão na cromosfera superior, bem como em experimentos de laboratório em pequena escala.

Daqui para frente, Jara-Almonte planeja comparar as descobertas da simulação cinética com as de simulações de fluidos que dominaram a modelagem anterior de plasmas parcialmente ionizados. Os co-autores do artigo recente foram os físicos do PPPL Hantao Ji, professor de ciências astrofísicas na Universidade de Princeton; Masaaki Yamada, investigador principal do Experimento de reconexão magnética (MRX) no PPPL; e Will Fox, junto com Bill Daughton do Laboratório Nacional de Los Alamos.