Lazerle patlatılan plazma, kararsızlıkların güneşin koronasını nasıl ısıtabileceğini gösteriyor

Güneş, görünür yüzeyinden 5.800 Kelvin gibi nispeten soğuk bir sıcaklıkta ısı yayar. Ancak güneş atmosferinin korona olarak bilinen ince dış katmanında elektronlar, gökbilimcilerin henüz tam olarak açıklayamadığı nedenlerden dolayı milyonlarca derecelik sıcaklıklara ulaşabilir.

Yayınlanan yeni araştırmalar sayesinde Fiziksel İnceleme MektuplarıÇin Atom Enerjisi Enstitüsü’nden Wei Sun liderliğindeki bir ekip, laboratuvarda korona benzeri koşulları yeniden yarattı. Deneyleri, bu çarpıcı ısınmanın nasıl korona plazmasındaki ‘nanoflar’ adı verilen küçük enerji patlamalarını tetikleyen dengesizliklerden kaynaklanabileceğini gösteriyor.

Eksik kanıt

Koronal ısınmanın başlıca açıklaması, çalkalanan plazmanın manyetik alanları koronaya kadar yavaşça büküp gerdiği ve içlerinde enerji depoladığı güneş yüzeyinde başlar.

Sonunda, ince elektrik akımı tabakalarının içinde, zıt yönlere işaret eden manyetik alan çizgileri kırılabilir ve ‘yeniden bağlanma’ adı verilen bir süreçte yeniden birleşerek bu enerjiyi aniden serbest bırakabilir. Her nanoflare, güneş standartlarına göre küçüktür, ancak plazma jetleri fırlatabilir ve çevresini kısa süreliğine aşırı sıcaklıklara kadar ısıtabilir.

Ayrı olarak, gözlemler, gökbilimcilerin ‘koronal yağmur’ adını verdikleri bir süreçte, daha soğuk plazmanın yoğun damlalarının etraflarındaki daha ince plazmanın içinden düştüğü yerde oluşan parmak benzeri yapıları ortaya çıkardı. Ağır bir sıvının daha hafif bir sıvının üzerinde durması gibi, bu düzenleme de kararsızdır.

Simülasyonlar, bu parmakların manyetik alanları birbirine sıkıştırarak yeniden bağlanmayı ve küçük plazma jetlerini tetikleyebileceğini öne sürdü. Ancak şu ana kadar bu etkileri nanoflare ısınmasına bağlayan doğrudan bir kanıt yok.

Laboratuvarda güneş koronası

Sun’ın ekibi koronanın benzerini yaratmak için Çin’in Shenguang-II lazer tesisini kullandı. Dalgalı yüzeyli küçük plastik hedeflere güçlü lazer ışınları ateşlediler. Bu, kararsızlıkların hassas bir şekilde kontrol edilen bir şekilde ekildiği, sadece milimetre çapında bir plazma üretti.

Güneş’teki herhangi bir şeyden çok daha küçük olmasına rağmen plazma, koronal yağmur etrafındaki plazmaya benzer şekilde davranacak şekilde ayarlandı. Araştırmacılar daha sonra optik görüntülemeyi kullanarak plazmanın yapısını ve manyetik alanlarını izlediler ve yaydığı X ışınlarını analiz ederek elektron sıcaklıklarını tahmin ettiler. Karşılaştırma için, deneyi hiçbir kararsızlığın oluşamayacağı düz hedefler kullanarak tekrarladılar.

Yeniden bağlanmayı tetikleme

Sonuç, plazma kararsızlıklarından kaynaklanan nanoflare ısınmasının ilk laboratuvar gösterimiydi. Ekip, dalgalı hedeflerle, gerçek koronada görülen, zıt yönlü manyetik alanları bir araya getiren ve yeniden bağlanmayı sağlayan parmak benzeri yapıları yeniden üretti. Bu, elektronların yaklaşık 820.000 K’ye ulaşmasını sağladı; bu, düz hedeflerin ürettiği maksimum sıcaklığın yaklaşık iki katıydı.

Eşlik eden bilgisayar simülasyonları, yeniden bağlanan akım katmanlarındaki elektriksel ısıtmanın, plazma içindeki sürtünmeden kaynaklanan ısıtmadan çok daha ağır bastığını gösterdi. Simülasyonlar manyetik alanların oluşumunu bastırdığında ekstra ısınmanın çoğu ortadan kalktı ve manyetik açıklamayı güçlendirdi.

Sonuç, koronanın nasıl ısıtıldığına dair anlayışımızda önemli bir boşluğu doldurabilir. Sun’ın ekibi artık deneylerini daha fazla 3D plazma ve daha hassas ölçümlerle geliştirmeyi umuyor. Bu da araştırmacıların, mekanizmanın ne kadar geniş çapta çalıştığı ve nano alevlerin korona ısısının büyük bir kısmını açıklayacak kadar sık ​​meydana gelip gelmediği hakkındaki kalan soruları yanıtlamasına yardımcı olabilir.