Le soleil défie la compréhension scientifique conventionnelle. Sa haute atmosphère, connu sous le nom de couronne, est de plusieurs millions de degrés plus chaude que sa surface. Les astrophysiciens veulent savoir pourquoi la couronne est si chaude, et des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont terminé des recherches qui pourraient faire avancer la recherche.

Les scientifiques ont découvert que la formation de bulles magnétiques connues sous le nom de plasmoïdes dans un fluide conducteur comme le plasma - le chaud, l'état chargé de la matière composée d'électrons libres et de noyaux atomiques dont est fait le soleil peut affecter le développement de turbulences dans le fluide. La turbulence influence alors la façon dont la chaleur circule à travers le soleil et d'autres objets astrophysiques.

Les nouvelles découvertes suggèrent que la formation de plasmoïdes dans des nappes de courant allongées au sein du plasma aide à transformer de grands tourbillons turbulents en structures plus petites ressemblant à des tourbillons. Ce processus crée des nappes de courant électrique intense localisées dans le plasma qui affectent la vitesse à laquelle l'énergie magnétique se dissipe dans le soleil lorsqu'elle s'écoule vers la couronne.

"Jusqu'à maintenant, personne n'avait étudié par simulation numérique directe comment les plasmoïdes peuvent modifier le spectre d'énergie turbulente dans un fluide conducteur, " a déclaré le physicien Chuanfei Dong du PPPL et du Département des sciences astrophysiques de l'Université de Princeton, auteur principal du rapport des résultats en Lettres d'examen physique . "Nos simulations montrent que dans un fluide conducteur turbulent, la formation de bulles magnétiques fait passer les tourbillons turbulents des grandes échelles aux petites échelles plus efficacement qu'on ne le pensait auparavant."

La formation de plasmoïdes facilite cette transition en brisant les limites discrètes des nappes de courants électriques dans le fluide conducteur, permettant aux feuilles de former plus petites, structures de type fractal.

Les résultats ne s'appliquent pas seulement au soleil, mais aussi aux objets astrophysiques comme les disques d'accrétion - des nuages ​​de poussière et de roche qui entourent des objets denses tels que des trous noirs et peuvent s'effondrer en étoiles et en planètes. "La plus petite taille de feuille actuelle dans la turbulence magnétohydrodynamique peut être plus petite que prévu auparavant, " dit Dong. " Ainsi, les nappes actuelles deviennent plus intenses avant de se dissiper. Par conséquent, ce travail peut fournir une compréhension de base des échelles auxquelles le chauffage coronal se produit."

Les chercheurs ont effectué leurs simulations sur des supercalculateurs sur des sites allant du National Energy Research Scientific Computing Center, une installation utilisateur du DOE, au supercalculateur Cheyenne de la National Science Foundation au National Center for Atmospheric Research. Les recherches futures pourraient impliquer d'étendre la simulation pour inclure trois dimensions. "Nous avons commencé en deux dimensions, mais le monde réel est en 3-D, " dit Dong. " Alors, quelle est l'image en 3D ? Jusque là, personne ne sait."