Plasmaastrofysici van de KU Leuven hebben de eerste zelfconsistente simulatie gemaakt van de fysieke processen die plaatsvinden tijdens een zonnevlam. De onderzoekers gebruikten Vlaamse supercomputers en een nieuwe combinatie van fysieke modellen.

Zonnevlammen zijn explosies op het oppervlak van de zon waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt, gelijk aan een biljoen 'Little Boy' atoombommen die tegelijkertijd ontploffen. In extreme gevallen, zonnevlammen kunnen radioverbindingen en elektriciteitscentrales op aarde uitschakelen, maar ze liggen ook aan de basis van verbluffende ruimteweerfenomenen. Het noorderlicht, bijvoorbeeld, zijn gekoppeld aan een zonnevlam die het magnetische veld van de zon zodanig verstoort dat een bel van zonneplasma uit de atmosfeer van de zon kan ontsnappen.

Unieke simulatie

Dankzij satellieten en zonnetelescopen, we begrijpen al heel veel over de fysieke processen die plaatsvinden tijdens een zonnevlam. Voor een ding, we weten dat zonnevlammen energie van magnetische velden omzetten in warmte, licht en bewegingsenergie zeer efficiënt.

In wetenschappelijke leerboeken, deze processen worden gewoonlijk gevisualiseerd als het standaard 2-D zonnevlammodel. De details van deze illustratie, echter, zijn nooit bevestigd. Dit komt omdat het creëren van een volledig consistente simulatie een enorme uitdaging is, aangezien zowel macroscopische effecten (we hebben het hier over enkele tienduizenden kilometers:groter dan de aarde) als microscopische deeltjesfysica in aanmerking moeten worden genomen.

Onderzoekers van de KU Leuven hebben nu zo'n simulatie kunnen maken. Als onderdeel van zijn promotieonderzoek Wenzhi Ruan werkte aan de simulatie met zijn collega's in het team van professor Rony Keppens van het departement Plasmaastrofysica van de KU Leuven. De onderzoekers gebruikten zowel de rekenkracht van Vlaamse supercomputers als een nieuwe combinatie van fysische modellen waarin in een macroscopisch model rekening werd gehouden met de microscopische effecten van versneld geladen deeltjes.

Van leerboekillustratie tot zelfconsistent model

"Ons werk maakt het ook mogelijk om de energieconversie-efficiëntie van een zonnevlam te berekenen, Professor Rony Keppens legt uit. "We kunnen deze efficiëntie berekenen door de sterkte van het magnetische veld van de zon aan de voeten van de zonnevlam te combineren met de snelheid waarmee die voeten bewegen. Als we onze waarnemingen op tijd kunnen voltooien, dat is, want alles gebeurt binnen een tijdsbestek van tientallen seconden tot enkele minuten."

"We hebben de resultaten van de numerieke simulatie omgezet in virtuele observaties van een zonnevlam, waarbij we telescopen imiteerden in alle relevante golflengten. Hierdoor konden we het standaard zonnevlammodel upgraden van een tekstboekillustratie naar een echt model."