Magnetische herverbinding, het uiteenvallen en gewelddadig opnieuw verbinden van magnetische veldlijnen in plasma - de toestand van materie die bestaat uit vrije elektronen en atoomkernen - komt in het hele universum voor en kan ruimtestormen veroorzaken die de mobiele telefoondienst verstoren en elektriciteitsnetten uitschakelen. Nu wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) en andere laboratoria van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), met behulp van gegevens van een NASA-missie met vier satellieten die herverbinding bestudeert, hebben een methode ontwikkeld om de bron van golven te identificeren die satellieten helpen hun locatie in de ruimte te bepalen.

Het team van onderzoekers, onder leiding van PPPL-natuurkundige Jongsoo Yoo, hebben gecorreleerde magnetische veldmetingen uitgevoerd door de Magnetospheric Multiscale (MMS) -missie die in een baan rond de rand van het magnetische veld rond de aarde draait. De bevindingen identificeerden de bron van de voortplanting van "fluitergolven" - golven met fluitachtige geluiden die van hoog naar laag vallen en voortkomen uit herverbinding - waarvan de detectie de satellieten oriënteert ten opzichte van herverbindingsactiviteit die de aarde kan beïnvloeden.

Het onderzoek, gerapporteerd in Geofysische onderzoeksbrieven , markeert de ontwikkeling van "een nieuwe methodologie om te meten hoe de golf zich voortplant in herverbinding, " zei Yo, hoofdauteur van het artikel. De bron, hij zei, is wat "staartelektronen" worden genoemd - deeltjes met een energie die veel groter is dan die van de bulkelektronen bij het opnieuw verbinden van veldlijnen. Dergelijke elektronen zijn "anisotroop temperatuur, " wat betekent dat hun temperatuur niet uniform is, maar verschilt wanneer gemeten in verschillende richtingen.

"Wat we bewijzen is dat je geen fluitgolven kunt hebben zonder de actieve X-lijn" - het centrale herverbindingsgebied - "dus fluitgolven geven aan dat herverbinding nabij is, "zei Yoo.

Hij begon de bron van de golven te onderzoeken nadat hij de opmerkelijke overeenkomst had opgemerkt tussen de activiteit van de golven die MMS detecteerde en die geproduceerd in het Magnetic Reconnection Experiment (MRX) bij PPPL. De gelijkenis gaf aan dat de fysieke processen in zowel het laboratorium als de ruimte hetzelfde waren en leidde tot een zoektocht naar de oorzaak. In het onderzoeksteam met PPPL zaten wetenschappers van de Columbia University, Los Alamos Nationaal Laboratorium, en het NASA Goddard Space Flight Center.

Vooruit gaan, het team is van plan om de ontwikkeling van fluitgolven in de buurt van het elektronendiffusiegebied te onderzoeken, het smalle gebied in de magnetosfeer en laboratoriumexperimenten waar elektronen scheiden van veldlijnen voordat opnieuw verbinding plaatsvindt. Resultaten kunnen relevant zijn voor de MMS-missie, wiens doelen zijn onder meer het blootleggen van de rol die elektronen spelen bij het vergemakkelijken van herverbinding. Ondersteuning voor dit werk is afkomstig van de DOE Office of Science (FES) NASA, en de National Science Foundation.

PPPL, op de Forrestal Campus van Princeton University in Plainsboro, NJ, is gewijd aan het creëren van nieuwe kennis over de fysica van plasma's - ultraheet, geladen gassen - en het ontwikkelen van praktische oplossingen voor het creëren van fusie-energie. Het laboratorium wordt beheerd door de University for the U.S. Department of Energy's Office of Science, die de grootste voorstander is van fundamenteel onderzoek in de natuurwetenschappen in de Verenigde Staten, en werkt aan het aanpakken van enkele van de meest urgente uitdagingen van onze tijd. Voor meer informatie, ga naar science.energy.gov.