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MATERIE
Heizung von Plasma im All
Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW 
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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.

MMS

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.

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"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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Heizung von Plasma im All.  Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Cluster: Was Plasma auf Touren bringt - 21. November 2007
Cluster: Brechende Stoßwelle bestätigt alte Theorie - 15. Mai 2007
Links im WWW
Institut für Weltraumforschung der ÖAW
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