Sóng Alfvén làm nhật hoa mặt trời nóng lên

Thiết bị AIA trên SDO cho thấy tình trạng một nhật hoa im ắng và vùng chuyển tiếp phía trên của Mặt trời tại bước sóng 171Â; ảnh chụp hôm 27/7/2011. (Ảnh: NASA)

Một nghiên cứu mới làm sáng tỏ thêm về Mặt trời, có khả năng giải thích những lượng năng lượng khổng lồ được truyền như thế nào từ bề mặt của nó lên khí quyển bên ngoài của nó, nhật hoa. Các kết quả còn có thể giúp giải thích nguồn gốc của gió mặt trời, cái bắn phá phần còn lại của hệ mặt trời với những dòng hạt tích điện.

Nhật hoa là một vùng chất khí ion hóa trải rộng hàng triệu kilomet từ bề mặt của Mặt trời ra ngoài không gian. Các nhà vật lí đã biết hơn nửa thế kỉ nay rằng nó có nhiệt độ vài triệu kelvin, trong khi bề mặt mặt trời thì tương đối “nguội”, chỉ 6000 K. Đặc điểm bất ngờ này của Mặt trời đã thách thức các nhà thiên văn vật lí, họ vẫn chưa quan sát trực tiếp được cơ chế làm nhật hoa nóng lên.

Một ứng cử viên được ưa chuộng cho sự nóng lên của nhật hoa là một hiện tượng gọi là sóng Alfvén. Người ta tin rằng những dao động điện từ xoắn ngang này truyền đi ở tốc độ rất cao. Chúng đi theo những đường sức từ chạy ra khỏi bề mặt Mặt trời và đi vào nhật hoa. Hiện tượng trên được đề xuất bởi Hannes Alfvén, người giành Nobel Vật lí năm 1970 cho nghiên cứu tiên phong của ông về từ thủy động lực học.

Khó theo dõi

Nhưng sóng Alfvénic tỏ ra rất khó quan sát. Mãi cho đến năm 2007 thì dữ liệu từ sứ mệnh Hinode của Nhật Bản mới đưa đến sự phát hiện đầu tiên của sóng Alfvénic trong nhật hoa. Tuy nhiên, những sóng được quan sát thấy đó là rời rạc và không đủ năng lượng để giải thích cho sự nóng lên của nhật hoa.

Nay, bốn năm sau, một nhóm nghiên cứu ở Mĩ và châu Âu vừa báo cáo rằng cuối cùng họ đã nhìn thấy một sự dồi dào sóng Alfvén trong nhật hoa. Những kết quả mới xuất hiện từ phân tích những hình ảnh thu thập bởi Đài thiên văn Động lực học Mặt trời (SDO) của NASA, thiết bị phóng lên quỹ đạo hồi năm 2007. Đội nghiên cứu, đứng đầu là Scott McIntosh thuộc Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí quyển của Boulder, Colorado, Mĩ, sử dụng Thiết bị Chụp ảnh Khí quyển (AIA) trên SDO.

Hệ thống vòng vùng-hoạt động quan sát bởi AIA trên SDO ở bước sóng 171 Â; ảnh chụp hôm 25/4/2010. (Ảnh: NASA)

Đội của McIntosh đang tìm kiếm các thăng giáng trong những đặc điểm gọi là “gai nhỏ”, những vòi chất khí nóng có thời gian sống ngắn từ sắc quyển bên dưới bắn vào nhật hoa ở tốc độ hơn 100.000 km/h. Các nhà nghiên cứu phát hiện thấy các sóng ở những bước sóng tử ngoại cực ngắn (EUV) và tia X mạnh hơn 100 lần so với những quan sát trước đây đo được. Các nhà nghiên cứu khẳng định cường độ này đủ để làm nóng khí quyển phía ngoài của Mặt trời lên hàng triệu độ và giải phóng ra gió mặt trời.

Giống như “tưng một sợi dây”

“Tôi sẽ mô tả sóng Alfvén đơn giản là việc tưng một sợi dây, trong đó chuyển động của chất khí mang lại cái gợn lồi và đường sức từ là sợi dây”, McIntosh nói. Ông cho biết độ phân giải không gian và thời gian “khủng” của thiết bị AIA đã cho phép nhóm của ông thực hiện bước đột phá này.

McIntosh tham gia cả nghiên cứu năm 2007 lẫn nghiên cứu mới này, sẽ tiếp tục bằng cách xem xét những sóng Alfvén này truyền năng lượng của chúng cho chất khí trong nhật hoa như thế nào. Để làm việc này, nhóm của ông sẽ cần phát triển những mô hình trên máy vi tính đủ chi tiết để chộp dính sự tương tác giữa các sóng và các “gai nhỏ”.

Peter Cargill, một nhà nghiên cứu vật lí khí quyển và vũ trụ tại trường Imperial College, London, hoan nghênh những kết quả mới trên. “Có khả năng đây là sự thay đổi lớn trong cách thức các nhà nghiên cứu xử lí vấn đề nóng lên của nhật hoa”, ông nói. Cargill tin rằng sẽ cần có các mô hình để xem xét sóng Alfvén bị tắt dần trong nhật hoa như thế nào. “Yêu cầu đó đòi hỏi người ta phải từ bỏ những mô hình đơn giản và tiến sang xử lí những mô hình phức tạp mà bạn thấy trong mỗi đoạn phim nhật hoa thu từ SDO”.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature.

Nguồn: physicsworld.com