Forskare från Centrum Wiskunde &Informatica (CWI), det nationella forskningsinstitutet för matematik och datavetenskap i Nederländerna, har studerat hur solvindpartiklar accelereras och värms upp. Särskilt, de upptäckte hur sammanhängande strukturer i solvinden, där magnetfält och elektriska strömmar förstärks, påverka energiöverföringen som ansvarar för uppvärmning. Resultaten publicerades i Fysiska granskningsbrev den 19 mars 2018.

Solen avger en konstant ström av laddade partiklar, som bildar den så kallade solvinden. På ett avstånd från solen, solvinden är varmare än väntat, vilket innebär att någon process fortfarande värmer upp partiklarna även efter att de lämnat solatmosfären. En av de enastående frågorna inom rymdfysik är var och hur denna uppvärmning sker. Den långvariga hypotesen är att solen orsakar turbulens i den utsända solvinden. Den turbulensen rör solen vind, och därmed accelererar och värmer partiklarna ytterligare.

I många turbulenta flöden, storskaliga rörelser (stora virvlar) påverkar småskaliga rörelser (små virvlar). Det betyder att det finns en energiöverföring mellan rörelser på olika skalor. Detta är också fallet i den turbulenta solvinden. Dock, i solvind, hur energioverföringen sker, visar sig vara överraskande. Forskarna fann att energiöverföringen är mycket inhomogen:det sker bara på specifika platser. Faktiskt, 80 procent av energiöverföringen sker i cirka 50 procent av utrymmet.

I ett papper publicerat i Fysiska granskningsbrev , CWI -forskare Enrico Camporeale, tillsammans med kollegor från Italien och Frankrike, tar upp varför det är så. De fann att vissa strukturer i solvinden, där magnetfältet och de elektriska strömmarna förstärks, är ansvariga för inhomogeniteten. Dessa strukturer dyker upp naturligt i alla turbulenta lågdensitetsplasma, varav solvind är ett exempel. De är vanligtvis i form av långsträckta ark där magnetfältet och de elektriska strömmarna är högre än någon annanstans.

Arbetet leder till en bättre förståelse av plasmaturbulensen i solvindar. En djup förståelse för detta fenomen är nödvändig för att utveckla bättre prognoser för skadliga solhändelser, som energiska solvindpartiklar som kan skada satelliter och elnät.

För att nå deras slutsats, laget använde högupplösta simuleringar, körs på det italienska superdatorcentret CINECAB. Genom att använda en innovativ rymdfilterteknik, de har kunnat beräkna mängden energiöverföring från stora till små skalor i olika regioner i simuleringen, och att kvantifiera vikten av sammanhängande strukturer.