Um processo intrigante chamado reconexão magnética desencadeia fenômenos explosivos em todo o universo, criando explosões solares e tempestades espaciais que podem derrubar serviços de telefonia móvel e redes de energia elétrica. Agora, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) detalharam um roteiro para desvendar um aspecto-chave desse quebra-cabeça que poderia aprofundar a compreensão do funcionamento do cosmos.
A reconexão converte a energia do campo magnético em erupções de partículas em plasmas astrofísicos, separando e reconectando explosivamente as linhas do campo magnético – um processo que ocorre dentro das chamadas regiões de dissipação que geralmente são muito menores do que as regiões que impactam.

Campo magnético forçado

"O plasma não gosta de reconexão", disse Hantao Ji, físico do PPPL e professor da Universidade de Princeton, primeiro autor de um artigo que detalha o roteiro em Nature Reviews Physics . "No entanto, a reconexão acontece quando o campo magnético é suficientemente estressado", disse ele.

"As escalas de dissipação são pequenas, enquanto as escalas astrofísicas são muito grandes e podem se estender por milhões de quilômetros. Encontrar uma maneira de unir essas escalas por meio de um mecanismo multiescala é a chave para resolver o quebra-cabeça da reconexão."

O roteiro descreve o papel do desenvolvimento de tecnologias com recursos multiescala, como o Facility for Laboratory Reconnection Experiment (FLARE), uma instalação colaborativa recentemente instalada que está sendo atualizada e investigará facetas da reconexão magnética nunca antes acessíveis a experimentos de laboratório. Complementando esses experimentos, haverá simulações em supercomputadores exascale que serão 10 vezes mais rápidos que os computadores atuais. "A esperança é que o FLARE e a computação exascale andem de mãos dadas", disse Ji.

A teoria de trabalho que o roteiro do PPPL propõe é que múltiplos plasmóides, ou ilhas magnéticas, que surgem da reconexão ao longo de longas folhas de corrente de plasma, poderiam preencher a vasta gama de escalas. Tais plasmóides corresponderiam mais de perto à região de reconexão afetada, com experimentos de laboratório em multiescala planejados para fornecer os primeiros testes dessa teoria e avaliar hipóteses concorrentes.

“O Exascale nos permitirá fazer simulações mais confiáveis ​​com base em experimentos FLARE de alta fidelidade”, disse o físico do PPPL Jongsoo Yoo, coautor do artigo. O tamanho e a potência aumentados da nova máquina - seu diâmetro será duas vezes maior do que o Magnetic Reconnection Experiment (MRX) do tamanho de um veículo utilitário esportivo (MRX), o experimento de laboratório de longa data da PPPL - e permitirá que os cientistas repliquem a reconexão na natureza com mais fidelidade .

“O FLARE pode acessar regimes astrofísicos mais amplos do que o MRX com vários pontos de reconexão e medir a geometria do campo durante a reconexão”, disse William Daughton, cientista computacional do Laboratório Nacional de Los Alamos e coautor do artigo. “Entender essa física é importante para prever como a reconexão ocorre nas explosões solares”, disse ele.

Desafio principal

Um desafio fundamental para os próximos experimentos será a inovação de novos sistemas de diagnóstico de alta resolução livres de suposições restritivas. Uma vez desenvolvidos, esses sistemas permitirão que o FLARE se baseie em avistamentos de satélite, como os produzidos pela missão Magnetospheric Multiscale, uma frota de quatro espaçonaves lançadas em 2015 para estudar a reconexão na magnetosfera, o campo magnético que circunda a Terra.

“O progresso na compreensão da física multiescala depende criticamente da inovação e da implementação eficiente de tais sistemas de diagnóstico na próxima década”, disse o artigo. As novas descobertas abordarão questões em aberto que incluem:

• Como exatamente começa a reconexão?

• Como as partículas explosivas de plasma são aquecidas e aceleradas?

• Que papel a reconexão desempenha em processos relacionados, como turbulência e choques espaciais?

No geral, “o artigo apresenta planos para fornecer a toda a física espacial e comunidades astrofísicas métodos para resolver o problema multiescala”, disse Yoo. Tal solução marcaria um grande passo em direção a uma compreensão mais completa da reconexão magnética em grandes sistemas em todo o universo. + Explorar mais

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