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Heizung von Plasma im All
Redaktion
/ Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW
astronews.com
2. Januar 2020
Der größte Teil der sichtbaren Materie im All liegt nicht in
fester oder in flüssiger Form oder als einfaches Gas vor, sondern als Plasma.
Von großem Interesse für die Astrophysik ist es daher, mehr über die Aufheizung
dieser Gase aus geladenen Ionen und Elektronen zu erfahren. Neue Simulationen
erlauben nun einen gründlicheren Einblick in diese Prozesse.
Das Hauptziel der NASA-Mission MMS ist die
Erforschung der magnetischen Rekonnexion im
erdnahen Weltraum.
Bild: NASA [Großansicht] |
Die sichtbare Materie in unserem Universum befindet sich fast ausschließlich
im Plasmazustand. Plasmen sind Gase aus geladenen Ionen und Elektronen. In der
Astrophysik ist eine der wichtigsten Fragen, wie diese Gase aufgeheizt werden
und hohe Energien erreichen können. Ein physikalischer Prozess, der dies
ermöglicht, ist die sogenannte "magnetische Rekonnexion". Dabei wird magnetische
Energie in Bewegungsenergie der Ionen und Elektronen umgewandelt, die in Form
von Plasma-Jets mit hoher Geschwindigkeit aus dem Gebiet der Rekonnexion
herausgeschossen werden.
Der Prozess der Rekonnexion spielt eine wichtige Rolle in der
Sonnenatmosphäre, aber auch im erdnahen Weltraum, wo er für das Weltraumwetter
und die Polarlichter maßgeblich verantwortlich ist. Takuma Nakamura vom Grazer
Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der
Wissenschaften hat nun erstmals gezeigt, dass die Fronten der Plasma-Jets
instabil sind und sich an ihnen das Plasma zusätzlich aufheizen kann. Die Studie
basiert auf neuartigen dreidimensionalen numerischen Simulationen, die am Grazer
Weltrauminstitut entwickelt wurden.
"Die Ergebnisse der Simulationen stimmen mit Beobachtungen der NASA-Mission
Magnetospheric Multiscale (MMS) überein, für die das IWF einen
bedeutenden Beitrag in Form von Messgeräten und wissenschaftlicher Datenanalyse
liefert," erläutert Rumi Nakamura, Gruppenleiterin im Forschungsfeld
"Weltraumplasmaphysik". Der direkte Vergleich von Messdaten und
Simulationsergebnissen ermöglicht erstmals das physikalische Verständnis und die
Quantifizierung dieser zusätzlichen Energieumwandlung und Plasma-Heizung an den
Fronten der Plasma-Jets.
Die Simulationsergebnisse bestätigen auch frühere theoretische Vorhersagen
zur Entwicklung der Plasma-Jet-Fronten durch die Autoren der Studie.
Interessanterweise sollte ihre Theorie, die ebenfalls maßgeblich am IWF
entstanden ist, nicht nur auf Rekonnexion im erdnahen Weltraum anwendbar sein.
"Auch Plasma-Heizung in der Sonnenatmosphäre bei sogenannten Sonneneruptionen
lässt sich damit erklären", meint Erstautor Takuma Nakamura. Es ist gut möglich,
dass die Simulationsergebnisse auch auf andere astrophysikalische Objekte
anwendbar sind.
Über ihre Studie berichtet das Team in einem Fachartikel, der
in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde.
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