Door computerobservaties en simulaties te combineren, een nieuw model laat zien dat de aanwezigheid van neutralen in het gas de magnetische velden vergemakkelijkt om door het oppervlak van de zon te dringen en de spicules te produceren. In dit onderzoek, geleid door een astrofysicus die studeerde aan de universiteit van La Laguna, nam deel aan de Swedish Solar Telescope van het Roque de los Muchachos Observatorium op La Palma.

Op elk moment, maar liefst 10 miljoen wilde slangen van zonnemateriaal springen van het oppervlak van de zon. Dit zijn kruiden, en ondanks hun overvloed, wetenschappers begrepen niet hoe deze plasmastralen zich vormen, noch hadden ze invloed op de verwarming van de buitenste lagen van de atmosfeer van de zon of de zonnewind. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, in een studie die deels werd gefinancierd door NASA, wetenschappers hebben de vorming van spicula gemodelleerd. Voor de eerste keer, een wetenschappelijk team heeft hun aard onthuld door simulaties en afbeeldingen te combineren die zijn gemaakt met de IRIS-spectrograaf van NASA en de Zweedse zonnetelescoop van het Roque de los Muchachos-observatorium (Garafía, La Palma). De studie, geleid door Dr. Juan Martinez-Sykora, onderzoeker bij Lockheed Martin's Solar and Astrophysics Laboratory (Californië) en astrofysicus aan de University of La Laguna (ULL), wordt vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

De waarnemingen zijn gedaan met IRIS (NASA's Interface Region Imaging Spectrograph), een 20 cm ultraviolette ruimtetelescoop met een spectrograaf die details van ongeveer 240 km kan waarnemen, en de Zweedse zonnetelescoop, gelegen aan het Roque de los Muchachos Observatorium. Dit ruimtevaartuig en de telescoop op de grond bestuderen de onderste lagen van de zonneatmosfeer, waar de spicules zich vormen:chromosfeer en het overgangsgebied

Naast de afbeeldingen, ze gebruikten computersimulaties waarvan de code bijna tien jaar was ontwikkeld. "Bij ons onderzoek " zegt prof. Bart De Pontieu, tevens auteur van de studie, "beiden gaan hand in hand. "We vergelijken observaties en modellen om erachter te komen hoe goed onze modellen presteren, evenals hoe we onze op de ruimte gebaseerde waarnemingen moeten interpreteren."

Hun model is gebaseerd op de dynamiek van plasma - het hete gas van geladen deeltjes dat langs magnetische velden stroomt en de zon vormt. Eerdere versies van het model behandelden het interfacegebied als een uniform, of volledig opgeladen, plasma, maar de wetenschappers wisten dat er iets ontbrak omdat ze in de simulaties nooit spicules zagen.

Het model dat ze hebben gegenereerd, is gebaseerd op plasmadynamica, een zeer heet gedeeltelijk geïoniseerd gas dat langs de magnetische velden stroomt. Eerdere versies beschouwden de lagere atmosfeer als een uniform of volledig geladen plasma, maar ze vermoedden dat er iets ontbrak, omdat ze nooit pieken in de simulaties ontdekten.

De sleutel, de wetenschappers beseften, was neutrale deeltjes. Ze werden geïnspireerd door de eigen ionosfeer van de aarde, een gebied van de bovenste atmosfeer waar interacties tussen neutrale en geladen deeltjes verantwoordelijk zijn voor tal van dynamische processen. In koelere streken van de zon, zoals de interface-regio, plasma is niet echt uniform. Sommige deeltjes zijn nog steeds neutraal, en neutrale deeltjes zijn niet onderhevig aan magnetische velden zoals geladen deeltjes. Wetenschappers hebben eerdere modellen gebaseerd op een uniform plasma om het probleem te vereenvoudigen - modellering is rekenkundig duur, en het uiteindelijke model duurde ongeveer een jaar om te draaien met de supercomputerbronnen van NASA, maar ze realiseerden zich dat neutrale deeltjes een noodzakelijk stukje van de puzzel zijn.

"Normaal gesproken zijn magnetische velden nauw gekoppeld aan geladen deeltjes, " zei Juan Martínez-Sykora, hoofdauteur van de studie en een zonnefysicus bij Lockheed Martin. "Met alleen geladen deeltjes in het model, de magnetische velden zaten vast, en kon niet naar de oppervlakte komen. Toen we neutrale kleuren toevoegden, de magnetische velden zouden vrijer kunnen bewegen."

Neutrale deeltjes vergemakkelijken het drijfvermogen dat de gemêleerde knopen van magnetische energie nodig hebben om door het kokende plasma te stijgen en de oppervlakte te bereiken. Daar, ze breken en produceren kruiden, waarbij zowel plasma als energie vrijkomt. De simulaties kwamen goed overeen met de waarnemingen; spicules kwamen van nature en vaak voor.

"Dit resultaat is een duidelijk voorbeeld van de doorbraak die kan worden bereikt door krachtige theoretisch-numerieke methoden te combineren, state-of-the-art observaties en supercomputing tools om astrofysische verschijnselen beter te begrijpen", legt prof. Fernando Moreno-Insertis uit, zonnefysicus bij IAC, Professor aan de ULL en supervisor van het werk Diploma of Advanced Studies (DEA) van Juan Martínez-Sykora. "De grote complexiteit van veel van de verschijnselen die zich voordoen in de zonneatmosfeer dwingt ons om tegelijkertijd de dynamiek van gedeeltelijk geïoniseerd gas in overweging te nemen, het magnetische veld en de interactie tussen straling en materie om ze bevredigend te kunnen verklaren".

"Dit resultaat is een duidelijk voorbeeld van de doorbraken die kunnen worden bereikt door krachtige theoretisch-numerieke methoden te combineren, state-of-the-art observaties en supercomputing tools om astrofysische verschijnselen beter te begrijpen", legt Fernando Moreno-Insertis uit, zonnefysicus bij IAC, Hoogleraar aan de ULL en begeleider van de DEA-scriptie (gelijk aan een masterscriptie) van Juan Martínez-Sykora. "De grote complexiteit van veel van de verschijnselen die zich voordoen in de zonneatmosfeer dwingt ons om tegelijkertijd de dynamiek van gedeeltelijk geïoniseerd gas in overweging te nemen, het magnetische veld en de interactie tussen straling en materie om ze bevredigend te kunnen verklaren".

Het bijgewerkte model van de wetenschappers onthulde ook iets over het transport van zonne-energie. Het blijkt dat de energie in dit zweepachtige proces hoog genoeg is om Alfvén-golven te genereren, een sterk soort golf waarvan wetenschappers denken dat het de sleutel is tot het verwarmen van de atmosfeer van de zon en het voortstuwen van de zonnewind, die het zonnestelsel constant baadt met geladen deeltjes van de zon.

De National Academy of Sciences heeft prof. Mats Carlsson en prof. Viggo H. Hanssteen, zowel de ontwikkelaars van het model als de auteurs van de studie, met de Arctowski-medaille van 2017 als erkenning voor hun bijdragen aan de studie van zonnefysica en de zon-aarde-verbinding. Juan Martínez-Sykora nam de effecten op die werden geproduceerd door de aanwezigheid van de neutrale deeltjes.