Forskare har bekräftat förekomsten av magnetiska plasmavågor, känd som Alfvén vågor, i solens fotosfär. Studien, publiceras i Natur astronomi , ger nya insikter om dessa fascinerande vågor som först upptäcktes av den Nobelprisbelönade vetenskapsmannen Hannes Alfvén 1947.

Den stora potentialen hos dessa vågor ligger i deras förmåga att transportera energi och information över mycket stora avstånd på grund av deras rent magnetiska natur. Den direkta upptäckten av dessa vågor i solfotosfären, det lägsta lagret av solatmosfären, är det första steget mot att utnyttja egenskaperna hos dessa magnetiska vågor.

Förmågan för Alfvén-vågor att bära energi är också av intresse för sol- och plasmaastrofysik eftersom det kan hjälpa till att förklara den extrema uppvärmningen av solatmosfären - ett mysterium som har varit olöst i över ett sekel.

Gäckande vågor

Alfvénvågor bildas när laddade partiklar (joner) oscillerar som svar på interaktioner mellan magnetfält och elektriska strömmar.

Inom solatmosfären buntar av magnetiska fält, kända som solmagnetiska flödesrör, kan bildas. Alfvén-vågor kommer dock att manifesteras i en av två former i solmagnetiska flödesrör; antingen axisymmetriska vridningspertubationer (där symmetriska svängningar uppstår runt flödesrörets axel) eller antisymmetriska vridningspertubationer (där svängningar uppstår som två virvlar som roterar i motsatta riktningar i flödesröret).

Trots tidigare påståenden, torsionella Alfvén-vågor har aldrig direkt identifierats i solfotosfären, även i sin enklaste form av axisymmetriska svängningar av magnetiska flödesrör.

I den här studien, forskarna använde högupplösta observationer av solatmosfären, gjord av European Space Agency's imager IBIS, för att bevisa förekomsten av antisymmetriska torsionsvågor som först förutspåddes för nästan 50 år sedan.

De fann också att dessa vågor kunde användas för att extrahera enorma mängder energi från solfotosfären, bekräftar potentialen hos dessa vågor för ett brett spektrum av forskningsområden och industriella tillämpningar.

Forskningen leddes av Dr. Marco Stangalini, Italienska rymdorganisationen (ASI, Italien) och forskare från sju andra forskningsinstitut och universitet, inklusive Queen Marys Dr. David Tsiklauri och Ph.D. elev Callum Boocock, var inblandade i denna banbrytande upptäckt.

Simuleringar på toppnivå

Förutom dessa observationer, forskare vid Queen Mary utförde numeriska simuleringar för att utforska excitationsmekanismerna för dessa svårfångade vågor.

Queen Mary-forskarna designade och satte upp en magnetohydrodynamisk (MHD) simulering, som används för att modellera dynamiken hos magnetiserade vätskor som de som finns i solatmosfären, att återge lagets observationer.

Dr David Tsiklauri, Gästande lektor vid Queen Mary's School of Physics and Astronomy, sa:"Det som var fantastiskt är att vår idé att linjärt polariserad Alfvén Wave-drivning vid botten av ett magnetiskt flödesrör kommer att resultera i generering av vridningssvängningar i hela flödesröret stämmer för ett brett spektrum av fysiska parametrar. Både observationer och simuleringar signalerade upptäckten av Alfvén-vågor."

Callum Boocock, en Ph.D. student vid Queen Mary's School of Physics and Astronomy, sa:"Observationerna av torsionella Alfven-vågor gjorda av Marco och hans team var anmärkningsvärt likt beteendet som sågs i våra MHD-simuleringar, demonstrerar betydelsen av dessa simuleringar för att upptäcka och förklara våggenereringsmekanismer."

Forskarna hoppas kunna utnyttja nya möjligheter som erbjuds av nyligen idrifttagna anläggningar, såsom Solar Orbiter-satelliten och det markbaserade Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), att fortsätta att undersöka relevansen av Alfvén-vågor och eventuellt ytterligare avslöja solens grundläggande hemligheter.