MADRID, 31 Mar. (EUROPA PRESS) -
La misión MMS de la NASA ha proporcionado una prueba observacional de una teoría de 50 años, y reestructura la comprensión básica de un tipo de onda en el espacio conocida como onda Alfvén cinética.
Estas diminutas ondas llevan energía de un sitio a otro mientras fluyen a través de las partículas cargadas --o plasma-- en el espacio.
Los resultados, presentados en un artículo en Nature Communications, revelan complejidades inesperadas a pequeña escala en la onda y también son aplicables a las técnicas de fusión nuclear, que se basan en minimizar la existencia de tales ondas en el interior del equipo para atrapar eficientemente el calor.
Las ondas Alfvén cinéticas han sido sospechosas de ser transportadoras de energía en los plasmas, un estado fundamental de la materia compuesta de partículas cargadas en todo el universo. Pero no fue hasta ahora, con la ayuda de MMS (Magnetospheric Multiscale Mission), cuando los científicos han sido capaces de echar un vistazo más de cerca a la microfísica de las ondas en las escalas relativamente pequeñas, donde la transferencia de energía realmente sucede.
"Esta es la primera vez que hemos podido ver directamente esta transferencia de energía", dijo en un comunicado Dan Gershman, autor principal y científico MMS en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y la Universidad de Maryland en College Park. "Estamos viendo un cuadro más detallado de las ondas de Alfvén que nadie ha podido obtener antes."
Las ondas se han podido estudiar en una escala pequeña por primera vez debido al diseño único de la misión MMS. Está formada por cuatro naves espaciales que vuelan en una formación compacta de pirámide tridimensional, con sólo seis kilómetros entre ellas, más cerca de lo que se había logrado antes y lo suficientemente pequeña para encajar entre dos picos de onda. Tener múltiples naves espaciales permitió a los científicos medir detalles precisos sobre la onda, tales como con qué rapidez se movió y en qué dirección viajó.
Misiones anteriores de varias naves espaciales volaban a separaciones mucho más grandes, lo que no les permitía ver las pequeñas escalas, como si tratáramos de medir el grosor de un trozo de papel con un patrón. Sin embargo, la estrecha formación de vuelo de MMS permitió a la nave espacial investigar las longitudes de onda más cortas de las ondas cinéticas de Alfvén, en lugar de minimizar los efectos a pequeña escala.
"Sólo en estas pequeñas escalas las ondas son capaces de transferir energía, por lo que es tan importante estudiarlas", dijo Gershman.
A medida que las ondas cinéticas de Alfvén se mueven a través de un plasma, los electrones que viajan a la velocidad correcta quedan atrapados en los puntos débiles del campo magnético de la onda. Debido a que el campo es más fuerte a ambos lados de estas manchas, los electrones rebotan hacia adelante y hacia atrás como si estuvieran rodeados por dos paredes, en lo que se conoce como espejo magnético en la onda. Como resultado, los electrones no se distribuyen uniformemente en todas partes: Algunas áreas tienen una mayor densidad de electrones, y otras se quedan con menos electrones.
La capacidad de la onda para atrapar partículas fue pronosticada hace más de 50 años pero no había sido capturada directamente con medidas tan amplias hasta ahora. Los nuevos resultados también mostraron una tasa de captura mucho mayor de lo esperado.
Este método de captura de partículas también tiene aplicaciones en la tecnología de fusión nuclear. Los reactores nucleares utilizan campos magnéticos para confinar plasma con el fin de extraer energía. Los métodos actuales son altamente ineficientes ya que requieren grandes cantidades de energía para alimentar el campo magnético y mantener el plasma caliente. Los nuevos resultados pueden ofrecer una mejor comprensión de un proceso que transporta energía a través de un plasma.
"Podemos producir, con algún esfuerzo, estas ondas en el laboratorio para estudiarlas, pero la onda es mucho más pequeña que en el espacio", dijo Stewart Prager, científico de plasma en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton en Princeton, Nueva Jersey. "En el espacio, pueden medir propiedades más finas que son difíciles de medir en el laboratorio".
Este trabajo también nos puede enseñar más acerca de nuestro sol. Algunos científicos piensan que las ondas Alfvén cinéticas son la clave para la forma en que el viento solar -la constante emisión de partículas solares que barre hacia el espacio- se calienta a temperaturas extremas. Los nuevos resultados proporcionan información sobre cómo podría funcionar ese proceso.
A través del universo, las ondas Alfvén cinéticas son ubicuas a través de entornos magnéticos, e incluso se espera que estén en los chorros extra-galácticos de cuásares. Al estudiar nuestro entorno cercano a la Tierra, las misiones de la NASA como MMS pueden hacer uso de un laboratorio único y cercano para comprender la física de los campos magnéticos en todo el universo
