En astrofísica , un arco de choque ocurre cuando la magnetosfera de un objeto astrofísico interactúa con el plasma ambiental que fluye cercano , como el viento solar . Para la Tierra y otros planetas magnetizados, es el límite en el que la velocidad del viento estelar cae abruptamente como resultado de su aproximación a la magnetopausa . Para las estrellas, este límite es típicamente el borde de la astrosfera , donde el viento estelar se encuentra con el medio interestelar . [1]
Descripción
El criterio que define una onda de choque es que la velocidad de masa del plasma cae de " supersónica " a "subsónica", donde la velocidad del sonido c s se define por dónde es la relación de calores específicos ,es la presión , y es la densidad del plasma.
Una complicación común en astrofísica es la presencia de un campo magnético. Por ejemplo, las partículas cargadas que forman el viento solar siguen trayectorias en espiral a lo largo de las líneas del campo magnético. La velocidad de cada partícula cuando gira alrededor de una línea de campo se puede tratar de manera similar a una velocidad térmica en un gas ordinario, y en un gas ordinario la velocidad térmica media es aproximadamente la velocidad del sonido. En el arco de choque, la velocidad de avance masiva del viento (que es el componente de la velocidad paralela a las líneas de campo alrededor de las cuales giran las partículas) cae por debajo de la velocidad a la que giran las partículas.
Alrededor de la Tierra
El ejemplo mejor estudiado de una descarga de arco es el que ocurre cuando el viento del Sol se encuentra con la magnetopausa de la Tierra , aunque las descargas de arco ocurren alrededor de todos los planetas, tanto no magnetizados como Marte [2] y Venus [3] como magnetizados, como Júpiter [4] o Saturno . [5] El arco de choque de la Tierra tiene unos 17 kilómetros (11 millas) de espesor [6] y se encuentra a unos 90.000 kilómetros (56.000 millas) del planeta. [7]
En cometas
Los choques de arco se forman en los cometas como resultado de la interacción entre el viento solar y la ionosfera cometaria. Lejos del Sol, un cometa es una roca helada sin atmósfera. A medida que se acerca al Sol, el calor de la luz solar hace que se libere gas del núcleo cometario, creando una atmósfera llamada coma . La coma está parcialmente ionizada por la luz solar, y cuando el viento solar pasa a través de esta coma iónica, aparece el arco de choque.
Las primeras observaciones se hicieron en las décadas de 1980 y 1990 cuando varias naves espaciales volaban por los cometas 21P / Giacobini – Zinner , [8] 1P / Halley , [9] y 26P / Grigg – Skjellerup . [10] Luego se descubrió que los choques de arco en los cometas son más anchos y más graduales que los choques de arco planetario agudos que se ven, por ejemplo, en la Tierra. Todas estas observaciones se realizaron cerca del perihelio cuando los amortiguadores de arco ya estaban completamente desarrollados.
La nave espacial Rosetta siguió al cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko desde lejos en el sistema solar, a una distancia heliocéntrica de 3.6 AU , hacia el perihelio a 1.24 AU, y retrocedió nuevamente. Esto permitió a Rosetta observar el arco de choque cuando se formó cuando la liberación de gases aumentó durante el viaje del cometa hacia el Sol. En este estado temprano de desarrollo, el choque se llamaba "choque de arco infantil". [11] El arco de choque infantil es asimétrico y, en relación con la distancia al núcleo, más ancho que el arco de choque completamente desarrollado.
Alrededor del Sol
Durante varias décadas, se ha pensado que el viento solar forma un arco de choque en el borde de la heliosfera , donde choca con el medio interestelar circundante. Alejándose del Sol, el punto donde el flujo del viento solar se vuelve subsónico es el choque de terminación , el punto donde el medio interestelar y las presiones del viento solar se equilibran es la heliopausa , y el punto donde el flujo del medio interestelar se vuelve subsónico sería el arco de choque. Se pensaba que este choque de arco solar se encontraba a una distancia de alrededor de 230 AU [12] del Sol, más del doble de la distancia del choque de terminación que encontró la nave espacial Voyager.
Sin embargo, los datos obtenidos en 2012 del Interestelar Boundary Explorer (IBEX) de la NASA indican la ausencia de un arco solar. [13] Junto con la corroboración de los resultados de la nave espacial Voyager , estos hallazgos han motivado algunos refinamientos teóricos; El pensamiento actual es que se evita la formación de un arco de choque, al menos en la región galáctica a través de la cual pasa el Sol, mediante una combinación de la fuerza del campo magnético interestelar local y de la velocidad relativa de la heliosfera. [14]
Alrededor de otras estrellas
En 2006, se detectó una descarga de arco en el infrarrojo lejano cerca de la estrella AGB R Hydrae . [15]
Los choques de arco también son una característica común en los objetos de Herbig Haro , en los que una salida colimada mucho más fuerte de gas y polvo de la estrella interactúa con el medio interestelar, produciendo choques de arco brillantes que son visibles en longitudes de onda ópticas.
Las siguientes imágenes muestran más evidencia de la existencia de un arco eléctrico a partir de gases densos y plasma en la Nebulosa de Orión .
Alrededor de estrellas masivas
Si una estrella masiva es una estrella fuera de control , puede formar un arco de choque infrarrojo que es detectable en 24 μm y, a veces, en 8 μm del Telescopio Espacial Spitzer o los canales W3 / W4 de WISE . En 2016 Kobulnicky et al. creó el catálogo más grande de spitzer / WISE bow-shock hasta la fecha con 709 candidatos a bow-shock. [17] Para obtener un catálogo de arco-choques más grande El Proyecto de la Vía Láctea (un proyecto de Ciencia Ciudadana ) tiene como objetivo mapear los arco-choques infrarrojos en el plano galáctico. Este catálogo más amplio ayudará a comprender el viento estelar de estrellas masivas. [18]
Las estrellas más cercanas con arco-choques infrarrojos son:
Nombre | Distancia ( pc ) | Tipo espectral | Pertenece a |
---|---|---|---|
* apuesta Cru | 85 | B1IV | Subgrupo inferior Centaurus-Crux |
* alf Mus | 97 | B2IV | Subgrupo inferior Centaurus-Crux |
* alf Cru | 99 | B1V + B0.5IV | Subgrupo inferior Centaurus-Crux |
* zet Oph | 112 | O9.2IVnn | Subgrupo Upper Scorpius |
* tet coche | 140 | B0Vp | IC 2602 |
* tau Sco | 145 | B0.2V | Subgrupo Upper Scorpius |
* del Sco | 150 | B0.3IV | Subgrupo Upper Scorpius |
* eps por | 195 | B1.5III | |
* sig Sco | 214 | O9.5 (V) + B7 (V) | Subgrupo Upper Scorpius |
La mayoría de ellos pertenecen a la Asociación Scorpius-Centaurus y Theta Carinae , que es la estrella más brillante de IC 2602 , también podría pertenecer al subgrupo Inferior Centaurus-Crux. Epsilon Persei no pertenece a esta asociación estelar . [19]
Efecto drapeado magnético
Un efecto similar, conocido como efecto de drapeado magnético, ocurre cuando un flujo de plasma super-alfvenico impacta un objeto no magnetizado, como lo que sucede cuando el viento solar alcanza la ionosfera de Venus: [20] el flujo se desvía alrededor del objeto que cubre el campo magnético. a lo largo del flujo de la estela. [21]
La condición para que el flujo sea super-alfvenico significa que la velocidad relativa entre el flujo y el objeto, , es mayor que la velocidad de Alfven local lo que significa un gran número de Mach Alfvenic: . Para objetos no magnetizados y eléctricamente conductores , el campo ambiental crea corrientes eléctricas dentro del objeto y en el plasma circundante, de modo que el flujo se desvía y ralentiza a medida que la escala de tiempo de la disipación magnética es mucho más larga que la escala de tiempo de la advección del campo magnético . Las corrientes inducidas a su vez generan campos magnéticos que desvían el flujo creando un arco de choque. Por ejemplo, las ionosferas de Marte y Venus proporcionan los entornos conductores para la interacción con el viento solar. Sin ionosfera, el plasma magnetizado que fluye es absorbido por el cuerpo no conductor. Esto último ocurre, por ejemplo, cuando el viento solar interactúa con la Luna que no tiene ionosfera. En el drapeado magnético, las líneas de campo se envuelven y envuelven alrededor del lado delantero del objeto creando una vaina estrecha que es similar a los choques de arco en las magnetosferas planetarias. El campo magnético concentrado aumenta hasta que la presión del pistón se vuelve comparable a la presión magnética en la vaina:
dónde es la densidad del plasma, es el campo magnético cubierto cerca del objeto, y es la velocidad relativa entre el plasma y el objeto. Se ha detectado un drapeado magnético alrededor de planetas, lunas, eyecciones de masa coronal solar y galaxias. [22]
Ver también
- Onda de choque
- Ondas de choque en astrofísica
- Heliovaina
- Fermi resplandor
- Choque de proa (aerodinámica)
Notas
- ^ Sparavigna, AC; Marazzato, R. (10 de mayo de 2010). "Observando los choques del arco estelar". arXiv : 1005.1527 [ physics.space-ph ].
- ^ Mazelle, C .; Winterhalter, D .; Sauer, K .; Trotignon, JG; et al. (2004). "Bow Shock y fenómenos aguas arriba en Marte". Reseñas de ciencia espacial . 111 (1): 115–181. Código Bibliográfico : 2004SSRv..111..115M . doi : 10.1023 / B: SPAC.0000032717.98679.d0 .
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- ^ "Cassini encuentra el arco de choque de Saturno" . Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Iowa .
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- ^ NASA - IBEX revela un límite perdido en el borde del sistema solar
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Referencias
- Kivelson, MG; Russell, CT (1995). Introducción a la física espacial . Nueva York: Cambridge University Press . pag. 129 . ISBN 978-0-521-45104-8.
- Cravens, TE (1997). Física de los plasmas del sistema solar . Nueva York: Cambridge University Press. pag. 142 . ISBN 978-0-521-35280-2.
enlaces externos
- Imagen del día de astronomía de la NASA: imagen de choque de arco (BZ Cam) (28 de noviembre de 2000)
- Imagen astronómica del día de la NASA: imagen de arco eléctrico (IRS8) (17 de octubre de 2000)
- Imagen del día de astronomía de la NASA: Zeta Oph: Runaway Star (8 de abril de 2017)
- Imagen de arco de choque (HD77581)
- Imagen de arco de choque (LL Ori)
- Más sobre los Voyager
- Escuche el arco de choque joviano (de la Universidad de Iowa)
- La nave espacial en racimo hace un descubrimiento impactante (Choque de arco planetario)