Queen Mary University of London heeft een studie geleid die de eerste directe meting beschrijft van hoe energie wordt overgedragen van de chaotische elektromagnetische velden in de ruimte naar de deeltjes waaruit de zonnewind bestaat, waardoor de interplanetaire ruimte wordt verwarmd.

De studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie en uitgevoerd met de Universiteit van Arizona en de Universiteit van Iowa, laat zien dat een proces dat bekend staat als Landau-demping, verantwoordelijk is voor het overbrengen van energie van de elektromagnetische plasmaturbulentie in de ruimte naar elektronen in de zonnewind, waardoor ze energie krijgen.

Dit proces, genoemd naar de Nobelprijswinnende natuurkundige Lev Landau (1908-1968), treedt op wanneer een golf door een plasma reist en de plasmadeeltjes die zich met een vergelijkbare snelheid voortbewegen, absorberen deze energie, wat leidt tot een vermindering van energie (demping) van de golf.

Hoewel dit proces eerder in enkele eenvoudige situaties was gemeten, het was niet bekend of het nog steeds zou werken in de zeer turbulente en complexe plasma's die van nature in de ruimte voorkomen, of dat er een geheel ander proces zou zijn.

Overal in het universum, materie bevindt zich in een geactiveerde plasmatoestand bij veel hogere temperaturen dan verwacht. Bijvoorbeeld, de zonnecorona is honderden keren heter dan het oppervlak van de zon, een mysterie dat wetenschappers nog steeds proberen te begrijpen.

Het is ook van vitaal belang om de verwarming van vele andere astrofysische plasma's te begrijpen, zoals het interstellaire medium en de plasmaschijven rond zwarte gaten, om een ​​deel van het extreme gedrag in deze omgevingen te verklaren.

In staat zijn om directe metingen te doen van de plasma-activeringsmechanismen in actie in de zonnewind (zoals voor het eerst in dit artikel wordt getoond) zal wetenschappers helpen om tal van open vragen te begrijpen, zoals deze, over het universum.

De onderzoekers ontdekten dit met behulp van nieuwe metingen met hoge resolutie van NASA's Magnetospheric Multi-Scale (MMS) ruimtevaartuig (onlangs gelanceerd in 2015), samen met een nieuw ontwikkelde data-analysetechniek (de veld-deeltjescorrelatietechniek).

De zonnewind is de stroom van geladen deeltjes (d.w.z. plasma) dat van de zon komt en ons hele zonnestelsel vult, en het MMS-ruimtevaartuig bevindt zich in de zonnewind en meet de velden en deeltjes erin terwijl het voorbij stroomt.

Hoofdauteur Dr. Christopher Chen, van de Queen Mary University in Londen, zei:"Plasma is verreweg de meest voorkomende vorm van zichtbare materie in het universum, en bevindt zich vaak in een zeer dynamische en schijnbaar chaotische toestand die bekend staat als turbulentie. Deze turbulentie brengt energie over naar de deeltjes in het plasma, wat leidt tot verwarming en energie, waardoor turbulentie en de daarmee gepaard gaande opwarming zeer wijdverbreide verschijnselen in de natuur zijn.

"In dit onderzoek, we hebben de eerste directe meting gedaan van de processen die betrokken zijn bij turbulente verwarming in een natuurlijk voorkomend astrofysisch plasma. We hebben de nieuwe analysetechniek ook geverifieerd als een hulpmiddel dat kan worden gebruikt om plasma-energisatie te onderzoeken en dat kan worden gebruikt in een reeks vervolgonderzoeken naar verschillende aspecten van plasmagedrag."

Professor Greg Howes van de Universiteit van Iowa, die deze nieuwe analysetechniek mede heeft bedacht, zei:"Tijdens de Landau-demping, het elektrische veld geassocieerd met golven die door het plasma bewegen, kan elektronen versnellen die met precies de juiste snelheid samen met de golf bewegen, analoog aan een surfer die een golf vangt. Deze eerste succesvolle observationele toepassing van de veld-deeltjescorrelatietechniek toont zijn belofte aan om een ​​antwoord te bieden op al lang bestaande, fundamentele vragen over het gedrag en de evolutie van ruimteplasma's, zoals de verwarming van de zonnecorona."

Dit document maakt ook de weg vrij voor de techniek die kan worden gebruikt bij toekomstige missies naar andere delen van het zonnestelsel, zoals de NASA Parker Solar Probe (gelanceerd in 2018) die voor het eerst de zonnecorona- en plasmaomgeving nabij de zon begint te verkennen.