29 november 2021

Alfvén-golven aangetoond in de fotosfeer van de zon

Een internationaal team astronomen van de University of London, Queen Mary, i.s.m. het Nationale Italiaanse ruimteorganisatie (ASI) heeft het bestaan aangetoond van de zogeheten Alfvén-golven in de zonnefotosfeer, de buitenste laag van de zon, grenzend aan de zonneatmosfeer. Alfvén-golven zijn magnetische plasmagolven in de zonneatmosfeer, ze vormen zich wanneer geladen deeltjes oscilleren als reactie op interacties tussen magnetische velden en elektrische stromen. En ondanks eerdere claims zijn Alfvén-golven nooit direct geïdentificeerd in de zonnefotosfeer. Het team gebruikte data afkomstig van de IBIS imager van ESA, en computersimulaties om het bestaan ??van antisymmetrische torsiegolven (de eenvoudigste vorm van Alfvén-golven) te tonen in de zonnefotosfeer. Het wetenschappelijk artikel over dit onderzoek is recent gepubliceerd in Nature Astronomy, en het voorziet in nieuw inzicht wat betreft deze bijzondere plasmagolven die als eerste ontdekt zijn door Hannes Alfvén in 1942, die voor zijn werk aan de plasmafysica de Nobelprijs voor de fysica in 1970 in de wacht sleepte.

Alfvén-golven in de fotosfeer, artistieke afbeelding Credits; University of London, Queen Mary

Alfvén-golven zijn belangrijk gebleken in een reeks fysieke systemen vanwege hun vermogen om enorme hoeveelheden niet-thermische energie over zeer lange afstanden in een gemagnetiseerd plasma te transporteren. De directe ontdekking van deze golven in de zonnefotosfeer biedt mogelijkheid voor een breed scala aan onderzoeksvelden, van meer specifiek belang is het voor de zonneplasma-fysica, daar ze de extreme verhitting van de zonneatmosfeer zouden kunnen helpen verklaren, een mysterie dat al meer dan een eeuw onopgelost is.

Credits; Urania sterrenwacht. In het binnenste van de zon reikt de temperatuur tot wel 15 miljoen graden, maar de buitenste laag, de fotosfeer, is nog geen 6000 graden. De eerste atmosfeerlaag van de zon, de chromosfeer, is zo’n 2000 kilometer dik, op de grens met fotosfeer reikt de temperatuur tot 6000 graden. Op het hoogste punt van de chromosfeer kan de temperatuur tot 20.000 graden oplopen. In de corona, om de chromosfeerlaag, is het wel miljoenen graden. Hoe kan de zonneatmosfeer heter zijn dan de buitenlaag van de zon? Het zou het magnetisch effect van de Alfvén-golven kunnen zijn, of zo is ook geopperd, spicula, smalle uitbarstingen aan het oppervlak van de zon, plasmafonteinen. In 2007 ontdekte men ‘type 2-spicula’, m.b.v. geavanceerde meetinstrumenten mat men een temperatuur die wél hoog genoeg bleek te zijn om de corona op te warmen, naar enkele miljoenen graden.

Alfvén-golven vormen zich wanneer geladen deeltjes (ionen) oscilleren als reactie op interacties tussen magnetische velden en elektrische stromen. Binnen de zonneatmosfeer kunnen bundels magnetische velden, bekend als magnetische fluxbuizen, worden gevormd. Alfvén-golven zullen zich echter tweeledig manifesteren in magnetische zonnefluxbuizen; ofwel als axis-symmetrische torsiepertubaties (waarbij symmetrische oscillaties optreden rond de as van de fluxbuis) ofwel als antisymmetrische torsiepertubaties (waarbij oscillaties optreden als twee wervelingen die in tegengestelde richtingen in de fluxbuis draaien). Ondanks eerdere claims zijn Alfvén-golven nooit direct geïdentificeerd in de zonnefotosfeer, zelfs niet in hun eenvoudigste vorm van assymmetrische oscillaties van magnetische fluxbuizen. Echter dit team o.l.v. Dr. Marco Stangalini (ASI), verkreeg m.b.v. de hoge resolutie IBIS-waarnemingen van de zonneatmosfeer, en de gecreërde computersimulaties meer inzicht in het mechanisme achter de torsiepertubaties. Met een door de astronomen van Queen Mary University ontworpen magnetohydrodynamische (MHD) simulatie (gebruikt om de dynamiek van gemagnetiseerde vloeistoffen te modelleren) lukte het de observaties te reproduceren. Zowel de waarnemingen als de simulaties wezen op de ontdekking van Alfvén-golven in de fotosfeer. Co-onderzoeker Callum Boocock stelt; “De waarnemingen van Alfvén-torsiegolven gemaakt door Marco en zijn team waren opmerkelijk vergelijkbaar met het gedrag dat werd waargenomen in onze MHD-simulaties, wat het belang van deze simulaties voor het ontdekken en verklaren van golfgeneratiemechanismen aantoont.” Nieuwe faciliteiten als de Solar Orbiter-satelliet en de op de grond gebaseerde Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), moeten nog meer inzicht geven in de Alfvén-golven en daarbij ook van de zon als geheel. Bronnen: Phys.org / University of London, Queen Mary

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.