Onderzoekers van het Centrum Wiskunde &Informatica (CWI), het nationale onderzoeksinstituut voor wiskunde en informatica in Nederland, hebben onderzocht hoe deeltjes uit zonnewind worden versneld en verwarmd. Vooral, ontdekten ze hoe coherente structuren in de zonnewind, waar de magnetische velden en elektrische stromen worden versterkt, invloed hebben op de energieoverdracht die verantwoordelijk is voor verwarming. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 19 maart 2018.

De zon zendt een constante stroom van geladen deeltjes uit, die de zogenaamde zonnewind vormen. Op enige afstand van de zon, de zonnewind is heter dan verwacht, wat betekent dat een proces de deeltjes nog steeds verhit, zelfs nadat ze de zonneatmosfeer hebben verlaten. Een van de openstaande vragen in de ruimtefysica is waar en hoe deze verwarming plaatsvindt. De al lang bestaande hypothese is dat de zon turbulentie veroorzaakt in de uitgezonden zonnewind. Die turbulentie roert de zonnewind, en versnelt en verwarmt zo de deeltjes verder.

In veel turbulente stromingen, grootschalige bewegingen (grote wervelingen) beïnvloeden kleinschalige bewegingen (kleine wervelingen). Dat betekent dat er een energieoverdracht is tussen bewegingen op verschillende schalen. Dit is ook het geval bij de turbulente zonnewind. Echter, bij zonnewind, de manier waarop de energieoverdracht plaatsvindt, blijkt verrassend. De onderzoekers ontdekten dat de energieoverdracht erg inhomogeen is:het gebeurt alleen op specifieke locaties. In feite, 80 procent van de energieoverdracht vindt plaats in ongeveer 50 procent van de ruimte.

In een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , CWI-onderzoeker Enrico Camporeale, samen met collega's uit Italië en Frankrijk, geeft aan waarom dit het geval is. Ze ontdekten dat bepaalde structuren in de zonnewind, waar het magnetische veld en de elektrische stromen worden versterkt, zijn verantwoordelijk voor de inhomogeniteit. Deze structuren komen van nature voor in alle turbulente plasma's met lage dichtheid, waarvan zonnewind een voorbeeld is. Ze hebben meestal de vorm van langwerpige platen waar het magnetische veld en de elektrische stromen hoger zijn dan elders.

Het werk leidt tot een beter begrip van de plasmaturbulentie in zonnewinden. Een diepgaand begrip van dit fenomeen is nodig om betere voorspellingen te kunnen doen van schadelijke zonnegebeurtenissen, zoals energetische zonnewinddeeltjes die satellieten en elektriciteitsnetten kunnen beschadigen.

Om tot hun conclusie te komen, het team gebruikte simulaties met hoge resolutie, draaien in het Italiaanse supercomputercentrum CINECAB. Door gebruik te maken van een innovatieve ruimtefiltertechniek, ze hebben de hoeveelheid energieoverdracht van grote naar kleine schaal in verschillende regio's van de simulatie kunnen berekenen, en het belang van coherente structuren te kwantificeren.