Астрономы приблизились к разгадке тайны солнечной короны

Используя данные миссии NASA «Magnetospheric Multi-Scale», астрономы впервые напрямую «увидели» процесс передачи энергии в пространстве от хаотических электромагнитных полей частицам, составляющим солнечный ветер, что потенциально поможет раскрыть тайну нагрева солнечной короны и процессов в окружении черных дыр. Результаты исследования представлены в журнале Nature Communications.

«Наша работа показывает, что процесс, известный как затухание Ландау, отвечает за передачу энергии в космосе от электромагнитной турбулентности плазмы электронам в солнечном ветре, который приводит к нагреву межпланетного пространства», – пишут авторы исследования.

Явление, названное в честь советского лауреата Нобелевской премии по физике Льва Ландау (1908-1968), происходит, когда волна проходит через плазму и частицы плазмы, которые, при условии движения со скоростью, немного меньшей фазовой скорости волны, поглощают ее энергию. Хотя этот процесс ранее уже наблюдался в некоторых простых ситуациях, до сих пор не было ясно, работает ли он в очень турбулентных и сложных средах, возникающих естественным образом в пространстве, или там все иначе.

«По всей Вселенной материя в плазме разогрета до гораздо больших температур, чем ожидается. Например, солнечная корона в сотни раз жарче поверхности Солнца, и эту тайну еще предстоит раскрыть. Важно также понять нагрев многих других астрофизических плазм, таких как межзвездная среда и диски плазмы, окружающие черные дыры, чтобы объяснить некоторые из происходящих там экстремальных явлений», – продолжают исследователи.

Плазма является наиболее распространенной формой видимой материи во Вселенной и часто находится в очень динамичном и, по-видимому, хаотическом состоянии, известном как турбулентность. В свой работе, применив данные высокого разрешения, собранные зондами «Magnetospheric Multi-Scale», а также недавно разработанный метод анализа корреляции полей и частиц, ученые впервые смогли оценить турбулентный нагрев в астрофизической плазме природного происхождения. Кроме этого они протестировали новый подход к анализу как инструмент, который может быть использован для зондирования энергии плазмы и в ряде других исследований по различным аспектам ее поведения.

«Мы показали, что в процессе затухания Ландау электрическое поле, связанное с волнами, движущимися через плазму, может ускорять электроны, мчащиеся с правильной скоростью. Это первое успешное применение нового метода демонстрирует его способность ответить на давние, фундаментальные вопросы о поведении и эволюции космической плазмы, такие как нагрев солнечной короны», – пояснил Грег Хаус, соавтор исследования из Университета штата Айова (США).

Полученные результаты, как отмечают ученые, прокладывают путь для использования нового метода в будущих и действующих миссиях, таких как NASA «Parker Solar Probe», которая первой исследует солнечную корону и плазменную среду вблизи Солнца.