Onderzoekers hebben het bestaan ​​van magnetische plasmagolven bevestigd, bekend als Alfvén-golven, in de fotosfeer van de zon. De studie, gepubliceerd in Natuurastronomie , geeft nieuwe inzichten in deze fascinerende golven die voor het eerst werden ontdekt door de Nobelprijswinnaar Hannes Alfvén in 1947.

Het enorme potentieel van deze golven ligt in hun vermogen om energie en informatie over zeer grote afstanden te transporteren vanwege hun puur magnetische aard. De directe ontdekking van deze golven in de fotosfeer van de zon, de onderste laag van de zonneatmosfeer, is de eerste stap naar het benutten van de eigenschappen van deze magnetische golven.

Het vermogen van Alfvén-golven om energie te transporteren is ook van belang voor zonne- en plasma-astrofysica, omdat het de extreme opwarming van de zonneatmosfeer zou kunnen helpen verklaren - een mysterie dat al meer dan een eeuw onopgelost is.

ongrijpbare golven

Alfvén-golven ontstaan ​​wanneer geladen deeltjes (ionen) oscilleren als reactie op interacties tussen magnetische velden en elektrische stromen.

Binnen de zonneatmosfeer bundels van magnetische velden, bekend als zonne-magnetische fluxbuizen, kan vormen. Alfvén-golven manifesteren zich echter in een van de twee vormen in magnetische fluxbuizen op zonne-energie; ofwel axisymmetrische torsiepertubaties (waarbij symmetrische oscillaties plaatsvinden rond de as van de fluxbuis) of antisymmetrische torsiepertubaties (waarbij oscillaties optreden als twee wervelingen die in tegengestelde richtingen in de fluxbuis roteren).

Ondanks eerdere beweringen, torsiegolven van Alfvén zijn nooit direct geïdentificeerd in de fotosfeer van de zon, zelfs in hun eenvoudigste vorm van axisymmetrische oscillaties van magnetische fluxbuizen.

In dit onderzoek, de onderzoekers gebruikten observaties met hoge resolutie van de zonneatmosfeer, gemaakt door IBIS, de imager van de European Space Agency, om het bestaan ​​van antisymmetrische torsiegolven te bewijzen die bijna 50 jaar geleden voor het eerst werden voorspeld.

Ze ontdekten ook dat deze golven kunnen worden gebruikt om enorme hoeveelheden energie uit de fotosfeer van de zon te halen, bevestigt het potentieel van deze golven voor een breed scala aan onderzoeksgebieden en industriële toepassingen.

Het onderzoek werd geleid door Dr. Marco Stangalini, Italiaanse ruimtevaartorganisatie (ASI, Italië) en wetenschappers van zeven andere onderzoeksinstituten en universiteiten, waaronder Queen Mary's Dr. David Tsiklauri en Ph.D. student Callum Boocock, waren betrokken bij deze baanbrekende ontdekking.

State-of-the-art simulaties

Naast deze observaties, onderzoekers van Queen Mary voerden numerieke simulaties uit om de excitatiemechanismen van deze ongrijpbare golven te onderzoeken.

De Queen Mary-onderzoekers hebben een magnetohydrodynamische (MHD) simulatie ontworpen en opgezet, die worden gebruikt om de dynamiek van gemagnetiseerde vloeistoffen zoals die in de zonneatmosfeer te modelleren, om de observaties van het team te reproduceren.

Dr. David Tsiklauri, Bezoekend hoofddocent aan de Queen Mary's School of Physics and Astronomy, zei:"Wat verbazingwekkend was, is dat ons idee dat lineair gepolariseerde Alfvén-golf die op de bodem van een magnetische fluxbuis rijdt, zal resulteren in het genereren van torsie-oscillaties in de hele fluxbuis, gold voor een breed scala aan fysieke parameters. Zowel observaties als simulaties signaleerden de ontdekking van Alfvén-golven."

Callum Boocock, een doctoraat student aan de Queen Mary's School of Physics and Astronomy, zei:"De waarnemingen van torsie Alfven-golven gemaakt door Marco en zijn team waren opmerkelijk vergelijkbaar met het gedrag dat werd gezien in onze MHD-simulaties, wat het belang aantoont van deze simulaties voor het ontdekken en verklaren van golfopwekkingsmechanismen."

De onderzoekers hopen gebruik te kunnen maken van nieuwe mogelijkheden die recentelijk in gebruik genomen faciliteiten, zoals de Solar Orbiter-satelliet en de op de grond gestationeerde Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), om de relevantie van Alfvén-golven te blijven onderzoeken en mogelijk de fundamentele geheimen van de zon verder te onthullen.